Desarrollo de alimento funcional a partir de productos promisorios andinos Alejandra Sanín Villarreal1, Melissa Calderón Agudelo2, Johanna Andrea Serna
Jiménez3*, Laura Sofía Torres Valenzuela4, Nelson Ladino5
1,2,3,4 Universidad La Gran Colombia Seccional Armenia, Ingeniería Agroindustrial, Ciudadela del Saber La Santa María, km 7 vía Armenia – La Tebaida, Colombia.
5 Sena Agroindustrial Regional del Quindío, Avenida Centenario No. 42-25, Armenia, Colombia. *[email protected]
Resumen
Las cifras de desnutrición proteínico-energética (DPE) en Colombia y el mundo han incrementado significativamente, con mayor predominio en los países en vía de desarrollo; esto se ha relacionado con las condiciones socioeconómicas de la población. Una alternativa para superar este fenómeno es el uso de suplementos nutricionales, encontrando potencial en materias primas andinas. Por lo anterior, el objetivo del trabajo fue desarrollar una formulación nutricional empleando quinua, amaranto, sagú y antocianinas de mora, que cumpla con requerimientos proteicos (entre otros) establecidos por el Instituto Colombiano de Bienestar Familiar (ICBF). Para esto, se realizó un análisis bromatológico, evaluando el contenido de humedad (AOAC 934.01), cenizas (AOAC 942.01), lípidos (AOAC 2003.06), fibra (AOAC 962.09) y proteína (AOAC 955.04) a la quinua, el amaranto y el sagú, y por medio de programación lineal se definió la proporción de cada componente en la formulación. Las mezclas obtenidas fueron analizadas sensorialmente por un panel entrenado utilizando escala hedónica de 5 puntos y tomando como control una formulación estándar empleada por el ICBF. Posteriormente se evaluó el proceso de encapsulación mediante secado por atomización de las antocianinas extraídas de la mora. Se encontró que la mezcla de las tres materias primas permite desarrollar una formulación alimentaria balanceada con aceptación sensorial estadísticamente similar a la formulación comercial actual y que la encapsulación lograba una retención del contenido de antocianinas del orden del 117% en la formulación. Los resultados evidencian la potencialidad en las materias primas evaluadas para desarrollar alimentos que cumplan con los requerimientos establecidos por el ICBF que pueden emplearse como alternativas para mitigación de la DPE.
Palabras clave: Amaranto, Encapsulación, Quinua, Mora, Sagú.
Abstract
The rates of protein-energy malnutrition (DPE) in Colombia and the world have increased significantly, with higher prevalence in developing countries. This has been linked to the socioeconomic conditions of the population. An alternative to overcome
this phenomenon is the use of nutritional supplements, finding potential in Andean raw materials. Therefore, the objective was to develop a nutritional formulation using quinoa, amaranth, sago and blackberry anthocyanins that meets protein requirements (among others) established by the Instituto Colombiano de Bienestar Familiar (ICBF). To achieve this, a composition analysis of quinoa, amaranth and sago was performed, evaluating the moisture (AOAC 934.01), ash (AOAC 942.01), lipids (AOAC 2003.06), fiber (AOAC 962.09) and protein (AOAC 955.04) content, and through linear programming the proportion of each component in the formulation was defined. The blends obtained were analyzed by a sensory panel using hedonic scale of 5 points and taking as a control a standard formulation used by ICBF. Subsequently, the encapsulation process was evaluated by spray drying of anthocyanins from blackberry. It was found that the mixture of the three raw materials allows to develop a balanced food formulation with sensory acceptance statistically similar to the current commercial formulation, and that with encapsulation was possible to achieve a retention of the anthocyanin content in the formulation in the order of 117%. The results show the potential in raw materials evaluated to develop foods that meet the requirements established by the ICBF that can be used as alternatives for mitigation of the DPE.
Keywords: Amaranth, Encapsulation, Quinoa, Blackberry, Sago.
I. Introducción
Las altas cifras de desnutrición que se registran en el mundo llegan alrededor de 805 millones de personas, impactando de manera acentuada en los países en vía de desarrollo. Según la FAO (2015), en Colombia hay 4,4 millones de personas en estado de desnutrición y los niños son una de las poblaciones más afectadas por la desnutrición proteínico-energética (DPE). Este índice de desnutrición se debe a las condiciones sociales y económicas en las que se encuentra la población, y a una desbalanceada alimentación.
Con el propósito de aminorar esta problemática, se han desarrollado diferentes suplementos y complementos nutricionales incursionando en el mercado de alimentos funcionales (Sarmiento,
2006). Actualmente son diversos los alimentos que se clasifican como funcionales, entre ellos, las frutas, hortalizas, cereales y tubérculos, y aunque no hay todavía una definición normalizada de alimento funcional, un alimento puede ser considerado como tal si se demuestra satisfactoriamente que aporta una acción benéfica en una o más funciones del organismo, más allá de sus efectos nutricionales, de forma que resulte relevante, ya sea para mejorar el estado de salud y bienestar, o para reducir el riesgo de enfermedades (León, 2012).
y sagú) que podrían contener proteína y calorías (asociadas a los carbohidratos) que son los componentes asociados a la desnutrición proteíco energética (Van der Pols-Vijlbrief et al., 2014).
La quinua y el amaranto, pseudocereales de gran valor nutritivo debido a su alto contenido de proteína, y a que presentan un balance adecuado de aminoácidos esenciales (Cervilla, 2012; Avanza, 2009). Tienen casi todos los minerales en un nivel superior a los cereales, el contenido de hierro, es dos veces más alto que el del trigo, tres veces más alto que el del arroz y llega casi al nivel del fríjol (Avanza, 2009); otra de las ventajas se debe a que estos cultivos tienen una gran capacidad para adaptarse a condiciones ecológicas muy diferentes (Arechaga, et al., 2011; FAO, 2011). También se encuentra el sagú (Canna edulis, Ker), tubérculo andino utilizado para la extracción de almidón, que juega un papel significativo en el sistema global de alimentación y podría ser fuente energética de millones de personas en países en desarrollo (Hernández-Medina, 2007). Además de su potencial industrial como una fuente útil de almidón, la planta posee características agronómicas, como la capacidad de adaptación, que la hacen promisoria en cualquier condición agroecológica (Pérez, 1997).
Adicionalmente, con el fin de disminuir el riesgo de padecer enfermedades asociadas al estrés oxidativo, debido a factores medioambientales o inadecuada alimentación, se ha profundizado la
investigación en antioxidantes naturales presentes en algunas frutas como las bayas, entre las que se encuentra la mora.
antioxidantes; puesto que ésta técnica es usada especialmente para la encapsulación de componentes sensibles al calor, ya que es un proceso de secado muy rápido y el núcleo se calienta a temperaturas generalmente menores a 100°C (Fang y Bhandari, 2011).
Por consiguiente, el objetivo de la investigación fue desarrollar una formulación nutricional empleando quinua, amaranto, sagú y antocianinas de mora, que cumpla con los requerimientos proteicos (entre otros) establecidos por el Instituto Colombiano de Bienestar Familiar (ICBF).
II. Materiales y Métodos
Obtención y adecuación de la materia prima
La quinua, el amaranto y el sagú fueron obtenidos en forma procesada como harinas, en una tienda especializada en Armenia, Quindío (Colombia).
Las moras fueron obtenidas de un mercado local en Armenia, Quindío (Colombia), en estado de madurez 3, 4 y 5 de acuerdo a la NTC 4106 (1997). Éstas fueron evaluadas en su apariencia externa seleccionando las que cumplían con requisitos de calidad y se les retiró el pedúnculo. Finalmente fueron empacadas en bolsas de polietileno multicapa Whirl-Pak (Nasco-BB01062) y congeladas por un máximo de tiempo de 72 horas, hasta ser sometidas al proceso de extracción de las antocianinas.
Análisis proximal
Se realizó un análisis proximal para evaluar el contenido de humedad, cenizas, grasa, fibra y la cantidad de proteína presente en harinas de quinua, amaranto y sagú.
La determinación del contenido de humedad se realizó siguiendo la norma AOAC 934.01 empleando el método gravimétrico, el contenido de cenizas se realizó siguiendo la norma AOAC 942.01 empleando el método de calcinación a 600°C durante dos horas, el contenido de grasa se realizó siguiendo la norma AOAC 2003.06 empleando el método Randall de la extracción Soxhlet con un disolvente orgánico obteniendo la grasa cruda, la cantidad de fibra bruta se realizó siguiendo la norma AOAC 962.09 empleando el método de pérdida por ignición de residuo seco que queda después de la digestión de la muestra con soluciones de ácido sulfúrico e hidróxido de sodio en condiciones específicas, y la cantidad de proteína se realizó siguiendo la norma AOAC 955.04 empleando un método que se basa en la destrucción de la materia orgánica con ácido sulfúrico concentrado. El contenido de carbohidratos fue obtenido por diferencia.
Establecimiento de la formulación
grasa, fibra, ceniza, agua), se preparó una formulación con diferentes proporciones de harinas de quinua, amaranto y sagú, utilizando el método simplex de programación lineal.
Análisis sensorial
La formulación fue evaluada sensorialmente con un panel semi-entrenado compuesto por 16 personas empleando una prueba de aceptación y una escala hedónica de cinco puntos, utilizando bienestarina como muestra control; los parámetros evaluados fueron apariencia, sabor y textura.
Extracción de las antocianinas
El método empleado se fundamentó en los procedimientos de extracción diseñados por Ubeda et al. (2011) con algunas modificaciones. 20 g de muestra se pesaron (Balanza analítica Pionner, OHAUS Corp., USA) y se mezclaron en un beaker con 40 mL con una solución etanol-agua (30:70) durante 60 minutos con agitación a 1.26 G en un agitador recíproco. La muestra resultante se sometió a centrifugación a 579.6 G durante 15 minutos (T51, Veb mlw, Alemania). El sobrenadante se recuperó, y al sedimento se le realizó un segundo proceso de extracción. Los dos extractos obtenidos fueron mezclados; todo el proceso se realizó en condición de oscuridad.
Encapsulación
La encapsulación se realizó mediante secado por atomización
empleando un secador a escala laboratorio (Lab-Scale Spray Dryer, 7614YC015, Pilotech, China). Con base en investigaciones preliminares, se evaluó el efecto de la temperatura de secado a 150ºC y la concentración de maltodextrina (Tecnas, Colombia) en un 30% como material de recubrimiento, a 5 bar de presión con temperatura de salida de 80ºC.
Las antocianinas encapsuladas fueron mezcladas con la formulación establecida previamente a partir de las harinas de quinua, amaranto y sagú.
Cuantificación de las antocianinas
El contenido total de antocianinas del extracto de mora y del producto encapsulado se midió utilizando el método de pH diferencial descrito por Wrolstad y Giusti (2001). Se prepararon dos diluciones diferentes de las muestras, una con el buffer de cloruro de potasio (KCl, 0.025 M, pH 1.0) y otra con el buffer acetato de sodio (CH3CO2Na 3H2O, 0.4 M, pH 4.5). Se realizó un barrido en el espectrofotómetro de 400 a 700 nm (Genesys 10UV-VIS Scanning, 335909, Thermospectronic, USA) y la medición de las absorbancias de las muestras fueron leídas a 511 y 700 nm, utilizando como blanco agua destilada.
La absorbancia de la muestra diluida se calculó mediante la Ecuación 1 (Wrolstad y Giusti, 2001).
En donde 𝐴𝑣𝑖𝑠−𝑚𝑎𝑥 es la mayor absorbancia obtenida a pH 1 y pH 4.5.
Para calcular la concentración de pigmentos monoméricos se empleó la Ecuación 2, y los resultados fueron expresados como cianidina-3-glucósido (Wrolstad y Giusti, 2001).
𝐴𝑇(𝑚𝑔 𝑙⁄ ) =𝐴×𝑃𝑀×𝐹𝐷×1000
𝜀×1 (2)
Donde:
A=Absorbancia
PM=Peso molecular de la antocianina, cianidina-3-glucosido (PM=449.2)
FD=Factor de dilución
ε
=Absortividad molar (ε=26900)Análisis estadístico y diseño experimental
Se realizó un diseño unifactorial con aditividad, donde se evaluó la fuente de alimentación con cuatro niveles: quinua, amaranto, sagú y bienestarina que constituye el control (nivel adicional) sobre el análisis sensorial y se estableció una mezcla de componentes que permitió cumplir con los requerimientos nutricionales del ICBF. Posteriormente se realizó un diseño completamente aleatorizado donde se evaluó el efecto de la
encapsulación sobre el contenido de antocianinas de la mora.
Todas las determinaciones fueron realizadas por triplicado, los resultados fueron analizados a través de análisis de varianza a un nivel de significancia del 95% y comparación de medias empleando Tukey, utilizando el software Minitab 15® versión demo.
III. Resultados y Discusión Análisis proximal y sensorial
El análisis proximal realizado a las harinas de quinua, amaranto y sagú, se presenta en la
Tabla 1. Se encontró que hay diferencias estadísticamente significativas (p<0,05) en los componentes cuantificados por efecto de la fuente de obtención de la materia prima, excepto en grasa.
Tabla 1. Composición nutricional para componentes mayoritarios de quinua, amaranto y sagú
Componente Materias Primas
Quinua Amaranto Sagú Proteína (%) 10,35a 4,08b 0,00c
Grasa (%) 5,93d 8,97d 0,20d
Fibra (%) 2,02e 3,41f 0,08g
Ceniza (%) 3,23h 1,85i 0,54j
Agua (%) 9,27k 7,29l 17,25m
Carbohidratos (%) 69,2 74,4 81,93
Los valores reportados son el promedio de tres mediciones. Letras similares en la misma fila indican que no hay diferencias estadísticamente significativas a un nivel de significancia del 95%.
La harina de quinua tiene 10,35% de proteína y 3,23% de ceniza, el contenido de proteína fue inferior al comparado con la literatura, donde para la semilla de quinua varía de 12 a 23% según Abugoch (2009) y de 12,1 a 14,5% según Mota et al. (2014), lo cual pudo ser debido a que hubo pérdida de este componente por efecto de la transformación de la materia prima a harina, el suelo donde se cosechó la quinua no tenía alta biodisponibilidad de nitrógeno para la planta, o al ser una harina comercial, hubo adición de otros componentes de los cuales no se conoce su composición; el contenido de cenizas (3,23%) se encuentra en el rango de 3,15-3,65% obtenido por Miranda et al. (2011); así mismo, el contenido de grasa, fibra y carbohidratos está dentro de lo encontrado por Miranda, et al. (2011) e inferior a la recopilación desarrollada por Abugoch (2009).
En el amaranto se obtuvo un contenido de 8,97% de grasa, superior al encontrado en semillas por Gross (1989) y al recopilado por Alvarez-Jubete et al. (2010) y 3,41% de fibra, inferior al encontrado en semillas por Gross (1989) y recopilado por Alvarez-Jubete et al. (2010); los valores de proteína fueron inferiores en más de un 7% según lo reportado por Alvarez-Jubete et al. (2010), Singh y Singh (2011), Abalone et al. (2004) y Mota et al. (2014), este resultado se pudo deber a los factores anteriormente nombrados en el análisis de proteína de la quinua.
En la harina de sagú se encontró 81,93% de carbohidratos, contenido superior al reportado por Ramirez (2011), donde se obtuvo 51,06%; el 30,87% restante pudo ser aportado por otros componentes adicionados en la formulación de la harina comercial.
que una formulación a partir de 60% de quinua, 20% de amaranto y 20% de sagú, podría cumplir con los requerimientos establecidos por el ICBF para componentes mayoritarios (proteína, carbohidratos, grasa, fibra). A partir de lo anterior, se aplicó una prueba sensorial evaluando apariencia, sabor, textura y aceptación global, utilizando como control la bienestarina; donde se presentó mayor aceptación en la formulación comercial, sin embargo, las diferencias encontradas no fueron estadísticamente significativas (datos no presentados). Adicionalmente, se evidenció que los panelistas percibieron sabor dulce, salado, ácido y amargo en ambas formulaciones, no obstante, la bienestarina tuvo mayor aceptación, encontrando diferencias significativas en el sabor ácido y amargo; y en cuanto a los parámetros evaluados en textura, las muestras fueron estadísticamente similares.
Efecto de la encapsulación
El contenido de antocianinas totales en la mora en fresco fue 87.5 mg de cianidina-3-glucósido, el cual se encuentra dentro del rango reportado por Bowen-Forbes et al. (2010) (<150 mg/ 100 g de mora), y por Pantelidis et al. (2007), Hassimoto et al. (2008), de Souza et al. (2014), reportando estos últimos valores entre 77-188 mg/100 g de mora. En cuanto al contenido de antocianinas presentes en el jugo de mora encapsulado, se obtuvieron 102.364 mg de cianidina-3-glucósido/100 g de mora.
A partir de lo anterior se puede inferir que la encapsulación mediante secado por atomización a 150°C y 30% de maltodextrina, generó un efecto positivo sobre las antocianinas provenientes de la mora, ya que teniendo en cuenta que al ser un proceso de secado rápido, donde el producto tiene tiempos de contacto con el aire caliente de fracciones de segundo (López-Hernández, 2010), no hay degradación de componentes sensibles al calor, como lo son las antocianinas (Tonon et al., 2010).
Se encontró que la retención de antocianinas totales fue de 117%, valores superiores a los reportados por Fang y Bhandari (2011) en arrayán secado por atomización (alrededor del 94%) y por Ferrari et al. (2012) en polvo de mora (69-80%), lo cual pudo ser generado, como lo menciona de Souza et al. (2015) por reacciones no enzimáticas de caramelización del material de recubrimiento (maltodextrina) que genera colores pardos que pueden ser confundidos al momento de cuantificar las AT, o por presencia de proantocianidinas – o taninos condensados – que pueden generar producción de antocianinas durante el procesamiento por efecto de la alta temperatura.
y con características antioxidantes que prevengan enfermedades asociadas al estrés oxidativo. Este producto constituye una alternativa de valor agregado para estas materias primas y una oportunidad de revalorización de productos autóctonos.
IV. Conclusiones
Se determinó que a partir de una formulación balanceada de quinua, amaranto y sagú, se puede obtener un alimento funcional con características nutricionales, digestivas y energéticas. La formulación realizada a partir de 60% de quinua, 20% de amaranto y 20% de sagú, evaluada sensorialmente obtuvo resultados similares en cuanto a aceptación, sabor, textura y apariencia. Adicionalmente, se observó que la encapsulación mediante secado por atomización es una técnica que ayuda a prolongar la vida útil del jugo de mora, al obtener antocianinas con mayor estabilidad, aumentando la retención de la cianidina-3-glucósido en un 117%.
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