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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
EFECTOS DE TEMPERATURA Y TIEMPO EN EL DESAMARGADO Y SECADO DE QUINUA (Chenopodium
quinoa Willd)
TESIS
PRESENTADA POR LA BACHILLER:
CERRON MERCADO, Francis Gladys
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE :
INGENIERO EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
HUANCAYO – PERÚ 2013
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
FACULTAD DE INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
JURADO EXAMINADOR
Ing.M.Sc. EMILIO FREDY YABAR VILLANUEVA PRESIDENTE
______________________________________ ___________________________________
Ing.M.Sc. RODOLFO TELLO SAAVEDRA Ing. M.Sc. EDGAR ACOSTA LÓPEZ
JURADO JURADO
_______________________________________ ___________________________________
Ing. M.Sc. NORA VELIZ SEDANO Bach. ANGEL PEÑA RIVERA
JURADO SECRETARIO
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ASESOR:
Ing. JUAN FEDERICO RAMOS GOMEZ
4
A Dios por guiar mi camino, a mis padres Ernesto
y Gladis, a mis hermanos José y Galax; quienes son
la alegría y fortaleza de mi vida, por su constante
motivación y apoyo incondicional a seguir adelante.
5
AGRADECIMIENTO
Un agradecimiento al Ing. MSc. Juan Ramos Gómez, asesor del trabajo de investigación, por brindarme su apoyo durante toda la ejecución de la tesis.
A los catedráticos de la Facultad de Ingeniería en Industrias Alimentarias de la Universidad Nacional del Centro del Perú, por sus enseñanzas compartidas, por su constante ayuda y apoyo en cada una de las etapas involucradas con la vida universitaria.
Ing. MSc. Acosta López Edgar, por sus enseñanzas, por su paciencia, ayuda y amabilidad proporcionada para finalizar este proyecto.
Ing. Nilton Rojas Guerra, por toda la ayuda y conocimientos prestados en el laboratorio de Ingeniería de Alimentos.
A mis amigas Bertha, Karen y Milagros por su apoyo incondicional, donde gratamente compartimos muchas experiencias profesionales y amicales.
Finalmente manifiesto mis más sinceros agradecimientos a todas aquellas personas, que de una u otra forma contribuyeron a que el esfuerzo realizado durante el desarrollo de ésta investigación se vea gratamente compensada en estas páginas.
6 INDICE GENERAL
Pág.
RESUMEN ... 15
I. INTRODUCCIÓN ... 16
II. REVISION BIBLIOGRÁFICA ... 18
2.1. LA QUINUA ... 18
2.1.1. Antecedentes históricos ... 18
2.1.2. Descripción botánica ... 19
2.1.2.1. Centro de origen ... 22
2.1.2.2. Zonas de producción ... 22
2.1.2.3. Clasificación sistemática de la quinua ... 22
2.1.3. Principales variedades ... 23
2.1.3.1. Quinua de los valles ... 23
2.1.4. Descripción del grano de quinua ... 25
2.1.5. Quinua variedad Hualhuas ... 28
2.1.6. Valor nutritivo e importancia de la quinua ... 29
2.2. LA SAPONINA ... 30
2.2.1. Estructura química de la saponina ... 30
2.2.2. Ubicación de la saponina en el grano de quinua ... 33
2.2.3. Procesos de desaponificación de quinua por vía húmeda ... 35
2.2.4. Métodos de determinación de saponinas en quinua ... 42
2.2.5. Clasificación de la quinua en función del contenido de saponinas ... 46
2.2.6. Saponinas límites máximos aceptables ... 47
2.3. SECADO ... 48
2.3.1. Deshidratación ... 48
7
2.3.2. Proceso de secado ... 49
2.3.3. Factores que intervienen en el proceso de secado: ... 50
2.3.3.1. Temperatura del aire... 50
2.3.3.2. Humedad relativa del aire ... 51
2.3.3.3. Velocidad de aire ... 51
2.3.3.4. Humedad de equilibrio ... 54
2.3.4. Secado del grano de quinua ... 54
2.3.5. Deshidratación del grano ... 55
2.3.6. Curvas de velocidad de secado para condiciones de secado constante ... 55
2.3.6.1. Grafica de la curva de velocidad de secado ... 57
2.3.6.2. Secado durante el periodo de velocidad decreciente ... 57
III. MATERIALES Y MÉTODOS ... 59
3.1. Lugar de ejecución ... 60
3.2. Materia prima ... 60
3.3. Equipos, materiales y reactivos. ... 60
3.3.1. Equipos de laboratorio ... 60
3.3.2. Materiales ... 60
3.3.3. Reactivos ... 61
3.4. Métodos de análisis ... 61
3.4.1. Análisis químico proximal de la quinua variedad hualhuas ... 61
3.4.2. Análisis sensorial ... 62
3.4.3. Análisis de rendimiento ... 63
3.5. Metodología experimental ... 63
3.5.1. Descripción del proceso para la obtención de quinua desamargada y secada ... 64
8
3.5.2. Cálculos para determinación de variables respuesta ... 66
3.5.3. Esquema experimental ... 68
3.6. Diseño experimental y análisis estadístico ... 70
3.6.1. Desamargado ... 70
3.6.2. Secado ... 70
IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 72
4.1. Caracterización de la quinua variedad Hualhuas ... 72
4.1.1. Descripción morfológica de los granos de quinua ... 72
4.1.2. Contenido químico proximal ... 72
4.1.3. Presencia de impurezas ... 73
4.1.4. Evolución del contenido de humedad durante el desamargado y secado ... 74
4.1.5. Contenido de saponina ... 75
4.1.6. Color ... 76
4.2. Desaponificación de la quinua ... 78
4.2.1. Análisis estadístico de los datos de desaponificación ... 82
4.2.2. Consumo de agua para la desaponificación ... 84
4.3. Humedad de la quinua luego del proceso de desamargado (incluye remojado, desamargado, enjuagado 1 y enjuagado 2). ... 85
4.3.1. Análisis estadístico de humedad de la quinua luego del proceso de desamargado ... 86
4.4. Secado de la quinua variedad Hualhuas. ... 89
4.4.1. Tiempo de secado de la quinua ... 89
4.4.2. Análisis estadístico de los datos de secado ... 90
4.4.3. Cinética de secado ... 93
9 4.4.3.1. Curvas de secado humedad en función del tiempo
para las diversas temperaturas de secado ... 93
4.5. Rendimiento de la quinua en el proceso de desaponificado y secado ... 116
V. CONCLUSIONES ... 117
VI. RECOMENDACIONES ... 118
VII. BIBLIOGRAFÍA ... 119
ANEXOS ... 123
10 ÍNDICE DE CUADROS
Pág.
CUADRO N° 1 Variedades ecotipos de la quinua... 24 CUADRO N° 2 Características de las variedades comerciales a
nivel de la zona central ... 25 CUADRO N° 3 Composición química del grano de quinua
(Porcentaje promedios, % en 100 g de alimento) ... 29 CUADRO N° 4 Requisitos bromatológicos de los granos de
quinua ... 48 CUADRO N° 5 Contenido químico proximal de la quinua
variedad Hualhuas ... 72 CUADRO N° 6 Peso de cada porción (primera fase) de quinua
variedad Hualhuas ... 73 CUADRO N° 7 Peso de cada porción (segunda fase) de quinua
variedad Hualhuas ... 74 CUADRO N° 8 Presencia de impurezas en la quinua variedad
Hualhuas ... 74 CUADRO N° 9 Porcentaje de saponina en quinua variedad
Hualhuas ... 76 CUADRO N° 10 Color del grano de quinua variedad Hualhuas
después del desaponificado (a) y secado (b) ... 77 CUADRO N° 11 Saponina remanente (%) después del
desaponificado de quinua variedad Hualhuas
(contenido inicial de saponina = 1,87%). ... 78 CUADRO N° 12 Saponina eliminada (%) en el desaponificado de
quinua variedad Hualhuas (contenido inicial de
saponina = 1,87%). ... 79 CUADRO N° 13 Resultados del análisis de normalidad de los
datos recogidos(Prueba de Golmorov - Smirnov) ... 82 CUADRO N° 14 ANVA para % de saponina eliminada, utilizando
los diferentes tratamientos ... 83 CUADRO N° 15 Cantidad de agua necesaria para el
desamargado de quinua variedad Hualhuas ... 85
11 CUADRO N° 16 Humedad final (en base seca) después del
proceso de desaponificado de quinua variedad
Hualhuas... 85 CUADRO N° 17 Resultados del análisis de normalidad de los
datos recogidos ... 86 CUADRO N° 18 ANVA para % de humedad, después del proceso
de desaponificado. ... 87 CUADRO N° 19 Resultados de la prueba de comparación
múltiple de medias de Tukey para el tiempo de secado, utilizando diferentes temperaturas de
secado ... 88 CUADRO N° 20 Tiempo de secado de quinua a diferentes
temperaturas (en horas) ... 89 CUADRO N° 21 Prueba de normalidad de los datos de tiempo de
secado ... 91 CUADRO N° 22 ANVA para el tiempo de secado, utilizando
diferentes temperaturas de secado ... 91 CUADRO N° 23 Resultados de la prueba de comparación
múltiple de medias de Tukey para el tiempo de secado, utilizando diferentes temperaturas de
secado. ... 92 CUADRO N° 24 Humedad de la quinua en función de tiempo,
secado con temperatura de aire ambiente (para diversas temperaturas y tiempos de
desamargado) ... 94 CUADRO N° 25 Humedad de la quinua en función del tiempo,
secado a la temperatura de 30ºC (para diversas
temperaturas y tiempos de desamargado) ... 96 CUADRO N° 26 Humedad de la quinua en función del tiempo,
con aire a temperatura de 50ºC (para diversas
temperaturas y tiempos de desamargado) ... 98 CUADRO N° 27 Velocidad de secado (R en kg H2O/h*m2), en
función de la humedad (kg H2O/kg m.s.), para secado con aire a temperatura ambiente (para
12 diversas temperaturas y tiempos de
desamargado) ... 100 CUADRO N° 28 Velocidad de secado (R en kg H2O/h*m2), en
función de la humedad (kg H2O/kg m.s.), para secado con aire a temperatura de 30ºC (para diversas temperaturas y tiempos de
desamargado) ... 104 CUADRO N° 29 Velocidad de secado (R en kg H2O/h*m2), en
función de la humedad (kg H2O/kg m.s.), para secado con aire a temperatura de 50ºC (para diversas temperaturas y tiempos de
desamargado) ... 104 CUADRO N° 30 Velocidad de secado (R), humedades criticas y
humedades de equilibrio en función de la temperatura y tiempo de desamagado y
temperatura de secado ... 106 CUADRO N° 31 Velocidad de secado, humedad critica y de
equilibrio en función de la temperatura de
secado (Valores promedio). ... 107 CUADRO N° 32 Velocidad de secado en función del tiempo,
secado a temperatura ambiente. ... 108 CUADRO N° 33 Velocidad de secado en función del tiempo,
secado a temperatura de 30ºC.. ... 108 CUADRO N° 34 Velocidad de secado en función del tiempo,
secado a temperatura de 50ºC ... 108 CUADRO N° 35 Resumen de rendimientos después del
desaponificado y secado de la quinua variedad
Hualhuas ... 108
13 ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA N° 1 Cerámicas y gráficos fitomórficos ... 19
FIGURA N° 2 Panojas de quinua Hualhuas y Huancayo ... 24
FIGURA N° 3 Descripción anatómica del grano de quinua ... 25
FIGURA N° 4 Micrografía donde se observa el endosperma, el perisperma y el episperma ... 27
FIGURA N° 5 Granos de quinua variedad – Hualhuas ... 28
FIGURA N° 6 Estructura de saponina... 32
FIGURA N° 7 Principales sapogeninas de la quinua... 34
FIGURA N° 8 Concentración de saponina vs. altura de espuma ... 46
FIGURA N° 9 Curvas de secado constante, humedad libre en función al tiempo... 59
FIGURA N° 10 Curvas de secado constante, curva de velocidad de secado en función al contenido de humedad libre ... 59
FIGURA N° 11 Flujo de proceso para la obtención de quinua desamargada y secada ... 63
FIGURA N° 12 Diagrama de proceso para el desaponificado y secado de quinua ... 65
FIGURA N° 13 Diseño experimental de la quinua ... 69
FIGURA N° 14 Curvas de secado de quinua, con aire a temperatura ambiente (para diversas temperaturas y tiempos de desamargado). ... 95
FIGURA N° 15 Curvas de secado de quinua, con aire a temperatura de 30ºC (para diversas temperaturas y tiempos de desamargado). ... 97
FIGURA N° 16 Curvas de secado de quinua, con aire a temperatura de 50ºC (para diversas temperaturas y tiempos de desamargado). ... 99
14 FIGURA N° 17 Curva de velocidad de secado (R) a
temperatura ambiente vs. humedad (base
seca) ... 101 FIGURA N° 18 Curva de velocidad de secado (R) a
temperatura de 30ºC vs. humedad (base
seca) ... 103 FIGURA N° 19 Curva de velocidad de secado (R) a
temperatura de 50ºC vs. humedad (base
seca) ... 105 FIGURA N° 20 Curvas de velocidad de secado (R) en
función del tiempo de secado con aire a
temperatura de ambiente. ... 109 FIGURA N° 21 Curvas de velocidad de secado en función
del tiempo, secado con aire a temperatura
de 30⁰C. ... 112 FIGURA N° 22 Curvas de velocidad de secado en función
del tiempo, secado con aire a temperatura
de 50⁰C ... 115
15 RESUMEN
La presente investigación tuvo como finalidad eliminar el contenido de saponina y determinar el tiempo óptimo de secado después del desaponificado, debido a que las saponinas con sus estructuras diferentes pueden producir sensaciones de amargor y toxicidad. Se trabajó a diferentes condiciones de temperatura: Temperatura ambiente 40ºC y 70ºC, tiempo de agitado de 5 y 10 minutos y temperatura de secado a temperatura ambiente, 30ºC y 50ºC. Los granos de quinua de la variedad Hualhuas con los que se trabajó contiene el 1,87% de saponina siendo considerada una variedad amarga por el alto contenido de este y de acuerdo a las normas establecidas para que este sea apta para el consumo humano debe estar entre 0,06 y 0,12% de saponina. De acuerdo a los diferentes tratamientos, se determinó que el mayor contenido de saponina remanente se da en el tratamiento de desaponificado a temperatura ambiente con agitación de 5 y 10 minutos, alcanzando un promedio de 0,3493% y 0,4453%, respectivamente.
Mientras que a 40ºC con agitación de 5 y 10 minutos, alcanzó un promedio de 0,3295% y 0,2454%; el menor contenido remanente se da cuando la temperatura de desamargado es de 70ºC con tiempos de 5 y 10 minutos de agitación, con 0,1522% y 0,1282%. Razón por la cual inicialmente se determinó la temperatura de 70ºC con eliminación del 93,15% de la saponina presente. Estando este valor 0,1282%, muy cerca de los límites establecidos por normas. En la etapa de secado el mayor rendimiento de producción de la quinua fue del 87%, se obtuvo a temperatura ambiente, con un tiempo de agitado de 5 minutos y mayor temperatura 50ºC se alcanza menor tiempo de secado 5,29 horas. Se determinó también que la velocidad de secado más alta en el PSVC, fue de 0,855kg H₂O/h*m², a 50ºC y la menor velocidad de secado 0,109 kg H₂O/h*m², a temperatura ambiente.
16 I. INTRODUCCIÓN
El consumo de quinua en el Perú, en especial en las ciudades es reducido, porque se tiene escaso conocimiento de los procedimientos relacionados con el desamargado de este grano, por otra parte existe muy poca oferta de quinua desaponificada, que facilite su preparación, en los últimos tiempos se ha puesto mucha atención en el grano de quinua como alimento de exportación debido a la calidad nutricional del grano por su contenido de calidad proteica, siendo rico en los aminoácidos y azufrados, mientras, por el contrario, las proteínas a los cereales son deficientes en estos aminoácidos, que este posee. El principal problema identificado, es el alto contenido de saponina que contiene este grano, el mismo que se encuentra en el epispermo, una capa externa que determina el color de la semilla, es de superficie rugosa, quebradiza y seca que se desprende fácilmente con el vapor. Las saponinas son glúcidos que perjudican al hombre si los consumen directamente, además del sabor amargo estas son toxicas y tienden a formar espuma cuando son extraídas con agua. La existencia de este problema y la necesidad de incrementar el consumo nacional y de exportación de este pseudocereal, da lugar al presente trabajo que se planteó los siguientes objetivos:
17 Objetivo general
Determinar el efecto de la temperatura y tiempo en el desamargado de la quinua y en el contenido de saponinas remanentes.
Determinar el efecto de la temperatura de secado en el rendimiento de producción de quinua.
Objetivos específicos
Determinar la temperatura y tiempo adecuado, para eliminar el mayor contenido de saponina presente en la quinua.
Determinar la temperatura adecuada para el secado de la quinua desamargada.
Determinar las curvas de secado de la quinua, cuando es sometido a diferentes temperaturas.
18 II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1. LA QUINUA
La quinua (Chenopodium quinoa Willd) es una especie que se cultiva principalmente para la producción de grano que se consume en forma similar al arroz o transformado en harinas en forma similar al trigo. La quinua también es conocida como grano de los incas, pues en la época precolombina, se constituyó en la principal fuente alimenticia del reino incaico, hoy en día, la quenopodiácea más conocida en el mundo entero, por sus propiedades nutricionales que tiene, pero este fenómeno es bastante reciente, puesto que diez años atrás, cuando no existía mucha información al respecto, la cual era casi para el consumo propio por los campesinos de la región, con una mínima porción de comercialización en mercados reducidos (Mujica, 1993).
2.1.1. Antecedentes históricos
La quinua es un pseudocereal originario de América del sur.
Se cultivaba ya hace 5000 años en áreas andinas del Perú y Bolivia, en las que era utilizada como alimento sagrado y como ofrenda a los dioses indígenas (incas, quechuas, aymaras y otros). Una evidencia del uso de la quinua se encuentra en la cerámica de la cultura Tiahuanaco, que representa a la planta de quinua, con varias panojas distribuidas a lo largo del tallo, lo que mostraría a una de las variedades más primitivas. Cuando llegaron los españoles, la quinua tenía un desarrollo tecnológico apropiado y una amplia distribución en el territorio inca y fuera de él.
Garcilazo de la Vega en sus comentarios reales, describe que la planta de quinua es uno de granos más grandes que se cultivan sobre la faz de la tierra y que se asemeja algo al mijo o arroz pequeño.
19 Por otro lado hace referencia al primer envío de semillas hacia Europa, las que desafortunadamente llegaron muertas y sin poder germinar. Posiblemente debido a la alta humedad reinante durante la travesía (Mujica, 1993).
FIGURA N° 1 Cerámicas y gráficos fitomórficos
Fuente: Yacovleff y Herrera, 1943
2.1.2. Descripción Botánica
La quinua, es un planta herbácea anual, de amplia dispersión geográfica presenta características peculiares en su morfología, coloración y comportamiento en diferentes zonas agroecológicas donde se la cultiva, presenta enorme variación y plasticidad para adaptarse a diferentes condiciones ambientales, se cultiva desde el nivel del mar hasta los 4000 msnm, desde zonas áridas hasta zonas húmedas y tropicales, desde zonas frías hasta templadas y cálidas; muy tolerante a los factores abióticos adversos como son sequía, helada, salinidad de suelos y otros que afecten a las plantas cultivadas. Su periodo vegetativo varía desde los 90 hasta los 240 días, adapta a los suelos ácidos de pH 4,5 hasta alcalinos con pH de 9,0 se adapta a suelos desde los arenosos hasta los arcillosos (Mujica, 1993).
A. Planta
La planta, es erguida, alcanza alturas variables desde 30 a 300 cm, dependiendo el tipo de quinua, de los genotipos, de las condiciones ambientales donde crece, de la fertilidad de
20 los suelos; las del valle tienen mayor altura que las que crecen por encima de los 4000 m.s.n.m. y de zonas frías, en zonas abrigadas y fértiles las plantas alcanzan las mayores alturas, su coloración varia de los genotipos y fases fenológicas (Mujica, 1993).
B. Raíz
Es pivotante, vigorosa, profunda, bastante ramificada y fibrosa, la cual posiblemente le de resistencia a la sequía y buena estabilidad de la planta, alcanzando hasta 1.80 cm de profundidad, y teniendo también alargamiento lateral, muy excepcionalmente se observa vuelco por efecto de vientos, excepto de humedad y mayormente es por el peso de la panoja, la profundidad de la raíz guarda estrecha relación con la altura de la planta (Mujica, 1993).
C. Tallo
El tallo es cilíndrico en el cuello de la planta y anguloso a partir de las ramificaciones, el grosor del tallo también es variable, dependiendo de los genotipos, densidad de siembra y disponibilidad de nutrientes (Mujica, 1993).
D. Hojas
Las hojas son alternamente y están formados por peciolo y lamina, los peciolos son largos, finos y acanalados en su parte superior y de longitud variable dentro de la misma planta, la lámina es poliforme en la misma planta, de forma romboidal, triangular o lanceolada, plana u ondulada, algo gruesa, carnosa y tierna, cubierta por cristales de oxalato de calcio, de colores rojo, purpura o cristalino, tanto en el haz como en el envés. El color de las hojas es variable
21 dependiendo de los genotipos, se han observado pigmentos rojos, purpuras, amarillos (Mujica, 1993).
E. Inflorescencia
Es una panoja típica, constituida por un eje central, secundarios, terciarios y pedicelos que sostienen a los glomérulos así como por la disposición de las flores y porque el eje principal está más desarrollado que los secundarios, esta puede ser laxa (amarantiforme) o compacta (glomerulada). La longitud de la panoja es variable, dependiendo de los genotipos, tipo de quinua, lugar donde se desarrolla y condiciones de fertilidad de los suelos, alcanzando de 30 a 80 cm de longitud por 5 a 30 cm de diámetro, el número de glomérulos por panoja varia de 80 a 120 cm y el número de semillas por panoja de 100 a 3000, encontrando panojas grandes que rinden hasta 500 gramos de semilla por inflorescencia (Mujica, 1993).
F. Flores
Son pequeñas, incompletas, sensibles y desprovistas de pétalos, constituida por una corola formada por cinco piezas florales tepaliodes, sepaloides, pudiendo ser hemafroditas, pistiladas (femeninas) y androesteriles, lo que indica que podría tener habito autógamo, faltando determinar con precisión el porcentaje de alogamia en algunos genotipos (Gallardo y Gonzales, 1996).
G. Fruto y semilla
El contenido de humedad del fruto a la cosecha es de 14,5% (Gallardo y Gonzales 1996). El fruto es un auquenio, está constituido por perigonio, que contiene una sola semilla.
La semilla es el fruto maduro, de forma lenticular,
22 helipsoidal, cónica o esferoidal. Sus partes son: epispermo, embrión y perisperma, el primero es el que contiene mayor cantidad de saponina. La semilla varía de 1,5 a 2,6 mm de diámetro y puede ser de color blanco, rojo, amarillo, anaranjado, purpura, marrón y hasta negro (Gallardo y Gonzales 1996).
2.1.2.1. Centro de origen
La quinua Chenopodium quinoa wild se ha cultivado en la región andina desde hace miles de años, encontrándose las áreas de mayor concentración en el antiplano de Perú y Bolivia.
2.1.2.2. Zonas de producción
A nivel central el cultivo se ha diseminado ampliamente desde Yanamarca – Jauja hasta la zona sur Acostambo - Huancavelica, mayormente en la margen derecha del rio Mantaro, es una planta de 80 cm a 3 m de alto, con tallo erecto, generalmente poco ramificado, cilíndrico a la altura del cuello, poliédrico glabro y según su tipo de ramificaciones pueden presentarse con un tallo principal y varias ramas laterales cortas características de la zona del altiplano o de ramas de igual tamaño, característico en los ecotipos que se cultivan en los valles interandinos (Tapia, 2000).
2.1.2.3. Clasificación sistemática de la quinua
División : Fanerogamas o Antifitas
Clase : Dicotiledoneas
Sub clase: Angiospermas
Orden : Centropermales
23
Familia : Chenopodeaceas
Género : Chenopodium
Especia : Chenopodium quinoa
Fuente: INIA – 2006
2.1.3. Principales Variedades
Esta planta presenta una gran variabilidad y diversidad de formas, se pueden clasificar sus variedades o ecotipos en cinco categorías básicas. Según su adaptación a las características geográficas, quinuas del valle, quinuas del altiplano, quinuas de terrenos salinos, quinuas del nivel del mar y quinuas subtropicales, que son las principales variedades que se cultivan en el Perú, tal como se muestran en el cuadro 1, entre ellas las variedades Mantaro y Hualhuas, que son cultivadas en el Valle del Mantaro.
2.1.3.1. Quinua de los valles
Que crecen en los valles interandinos de 2000 a 3600 m.s.n.m., se caracterizan porque tienen gran desarrollo, pueden llegar de 2 a 2,5 m de altura, son ramificadas, su periodo vegetativo es largo, con panojas laxas, con inflorescencia amarantiforme, en este grupo tenemos a la blanca de Junín, amarilla de Marangani y rosada de Junín.
24 CUADRO N° 1 VARIEDADES ECOTIPOS DE LA QUINUA
Fuente: Ministerio de Agricultura del Perú, 2008
FIGURA N° 2 Panojas de quinua hualhuas y huancayo
Fuente: INIA – 2011
25 CUADRO N° 2 Características de las variedades comerciales a nivel de la zona central
VARIEDAD COLOR DE
PLANTA
COLOR DE PANOJA
TIPO DE PANOJA
HUANCAYO Morado Morado Amarantiforme
HUALHUAS Verde Verde Amarantiforme
MANTARO Verde Verde Glomerulada
BLANCA JUNIN Verde Verde Glomerulada
ROSADA JUNIN Intermedio Intermedio Amarantiforme
Fuente: Instituto Nacional de Investigación Agraria - 2011
2.1.4. Descripción del Grano de Quinua
Los granos de quinua tienen formas diferentes: cónicos, cilíndricos, elipsoidales, tamaños por debajo de 2,6 mm de diámetro y pueden ser de diferente color: blanco, amarillo, rosado, café negro (Miranda R. 2010). En este pseudocereal se puede identificar el endosperma (cotiledones y radícula), el perisperma (granos de almidón) y el episperma (capas externas que recubren la semilla). El fruto de la quinua es un aquenio, el perigonio cubre una sola semilla y se desprende con facilidad al frotarlo. A su vez, la semilla está envuelta por un episperma casi adherido.
FIGURA N° 3 Descripción anatómica del grano de quinua
Fuente: Varriano y De Francisco (1984)
26 El epispermo ha sido estudiado por Villacorta y Talavedra (1976) quienes describen la presencia de cuatro capas:
1. Una capa externa que determina el color de la semilla y que es de superficie rugosa, quebradiza y seca que se desprende fácilmente con el vapor.
2. El color de la segunda capa difiere de la primera y se observa solo cuando la primera capa es translucida.
3. La tercera capa es una membrana delgada, opaca, de color amarillo.
4. La cuarta capa es translucida y está formada por una sola hilera de células que cubre el embrión.
Pegada al pericarpio se encuentra la saponina que le transfiere el sabor amargo, luego hacia el interior se encuentra el episperma en forma de una membrana delgada, esta membrana está formada por cotiledones y la radícula que envuelve al episperma en forma de anillo. El perisperma es almidonoso y de color blanco (Soria, Marcial y Peñaloza, 1990).
Las principales partes del fruto son: (tal como puede observarse en la figura 3), la cubierta externa (perianto y capas de células), el episperma y el embrión, cuando la quinua es cosechada, el fruto cae de la planta encerrado en el perianto. Las células débiles adheridas al perianto son fácilmente removidas por lavado y restregado en agua hasta exponer la superficie suave de color amarillo pulido del pericarpio.
Tapia M. (1997), presentan fotografías, donde muestran que: el episperma recubre al grano de quinua. En los granos sin procesar el espesor del episperma varía de 20 µm en la parte central de las caras hasta más de 100 µm en los extremos, cerca al embrión. La capa más externa del
27 episperma es la de mayor espesor. Esta capa puede fragmentarse durante el proceso de manipulación de la materia prima, su remoción es efectiva solo a través de procesos físicos y químicos.
FIGURA N° 4 Micrografía donde se observa el Endosperma, el Perisperma y el Episperma
Fuente: Quiroga y Escalera, 2010
Además, en la fotografía se puede observar el endosperma compuesta por los cotiledones que se encuentran en ambos extremos del grano y la radícula. La parte central del grano es conocido como perisperma, compuesto por los gránulos de almidón. El pericarpio consiste de una capa compacta y densa de células de alrededor de 10 µm de espesor, debajo del pericarpio existen dos capas que cubren la semilla. Una de las capas tiene alrededor de 20 µm de espesor y contiene gránulos poligonales de almidón y cuerpos de electrones densos, la segunda cubierta de la semilla está ligado al perisperma, tiene 3 µm de espesor que puede ser la cutícula.
28 2.1.5. Quinua Variedad Hualhuas
Clave : Hualhuas
Adaptación : 2600 – 3600 m.s.n.m.
Ciclo vegetativo : 150 – 160 días
Requerimiento pluviométrico : 500 – 600 mm
Época de siembra : Noviembre – Diciembre
Distancia entre plantas : 3 – 5 cm
Formula de abonamiento : 60-40-30 de N, P2 O5, K2O
Altura de planta : 150 – 160 cm
Color del grano : Blanco
Tipo de panoja : Amarantiforme
Longitud de panoja : 35 – 40 cm
Diámetro de grano : 1,8 – 2 mm
Peso de semillas : 2,0 mg
Rendimiento : 2000 – 2500 Kg/ha
Fuente: INIA – 2011
FIGURA N° 5 Granos de quinua variedad – Hualhuas
Fuente: INIA – 2011
29 2.1.6. Valor nutritivo e importancia de la quinua
El principal mérito de la quinua es que el grano, las hojas, así como las inflorescencias son fuentes de proteínas de muy buena calidad. La calidad nutricional del grano es importante por su contenido de calidad proteínica, siendo rico en los aminoácidos lisina y azufrados, mientras que, por el contrario, las proteínas de cereales son deficientes en estos aminoácidos. Los cereales comunes son pobres en aminoácidos limitantes (lisina, metionina y triptófano) la concentración de lisina y metionina en la quinua es el doble.
Es así que la quinua supera al trigo, maíz, cebada y avena en cuanto al contenido de lisina, metionina, histidina, isoleucina y treonina; mientras que el contenido de triptófano es aproximadamente igual al de estos cereales.
Prácticamente la mitad (48%) de la proteína de la quinua está formado por aminoácidos esenciales, con excepción de fenilalanina y leucina, la concentración de los otros aminoácidos es realmente satisfactoria (Nieto y Valdivia, 2011).
CUADRO N° 3 Composición química del grano de quinua (Porcentaje promedios, % en 100 g de alimento)
COMPONENTE A B C D E
Humedad 11,8 9,5 11,2 7,8 -
Grasa 6,2 5,2 6,3 4,6 6,0
Proteína 12,2 12,5 13,6 15,6 14,1
Ceniza 2,6 2,7 1,2 2,3 2,9
Fibra 5,7 5,0 9,6 8,9 4,0
carbohidratos 61,5 65,1 58,1 60,8 72,6
Fuente: A. Collazos et al., (1996)
30 2.2. LA SAPONINA
Villacorta y Talavera (1976), mencionan que la saponina se ubica en la primera membrana del epispermo (capa externa), su contenido y adherencia en los granos es muy variable y ha sido motivo de diferentes estudios y técnicas para eliminarla, por el sabor amargo que confiere al grano.
Las saponinas son glúcidos que no perjudican al hombre en las cantidades que normalmente se encuentran después del lavado de quinua. Incluso tienen efectos beneficiosos por reducir los niveles de colesterol de la sangre, porque obstaculizan la absorción del colesterol alimentario. El efecto hipocolesteromizante y su potencia hemolítica ha sido confirmado recientemente por (Telleria, 1978).
Además del fuerte sabor amargo, se ha descubierto que las saponinas son ligeramente tóxicas para los animales y el ser humano, por ello deben de ser eliminadas antes del consumo del grano.
Las saponinas son sustancias con la capacidad de formar espuma cuando son extraídas con agua (Koziol, 1991), se consideran una familia de metabolitos secundarios y se lograron identificar 4 subgrupos: el primero son las saponinas triterpénicas, las segundas son las saponinas esteroidales, las terceras saponinas esteroidales alcalinas y el último son las saponinas de organismos marinos. Las saponinas del primer grupo se encuentran ampliamente distribuidas en el reino de las dicotiledones (Hostettmen and Marston, 1995).
2.2.1. Estructura química de la saponina
Las saponinas son sustancias orgánicas de orígen mixto que se encuentra en la quinua, ya que provienen tanto de glucósidos triterpenoides (de reacción ligeramente ácida), como de esteroides derivados de perhidro 1,2 ciclopentano
31 fenantreno. Estas moléculas se hallan concentradas en la cáscara de los granos. En las formas silvestres y las variedades amargas de quínua, el contenido máximo (aproximado) de saponina es de 2,8% (aunque el rango es variable de acuerdo con la especie o el ecotipo), que, comparado con las exigencias actuales del mercado, que fijan como valor límite 0,05%, es extremadamente alto (Guglú, 2007).
Las saponinas no tienen una fórmula bien definida por el origen dual anteriormente explicado, sin embargo de manera general, se puede sugerir el siguiente esqueleto base:
CnH2n-8010 (Según Kobert, 1960, citado por Balsamo, 2002).
Las saponinas son glucósidos en los cuales varias unidades de monosacáricos se enlazan mediante un enlace glucosídico a un resto denominado aglicón o sapogenina. El aglicón es de naturaleza triterpénica. Se clasifican de acuerdo al número de cadenas de azúcar en la estructura como: mono, di, o tridesmosídicos (Guglú, 2007).
Las saponinas monodesmosídicas tienen una cadena de azúcar simple, normalmente locallizada en el C-3. Las saponinas bidesmosídicas tienen dos cadenas de azúcar, una de ellas generalmente enlazada al C-3. A través de un enlace éter y la otra enlazada al C-18 o al C-26 a través de un enlace éster.
Los monosacáridos más comunes son la D-glucosa, D- galactosa, D-ácido glucorónico, D-ácido galacturónico, L- raminosa, L-arabinosa, D-xilosa, ácido fitolaccagénico, hederagenina, algunos autores indican el ácido serjanico como el cuarto aglicón y otros el ácido espergulagénico.
32 En las capas externas del episperma de los granos de quínua se han podido identificar 2 tipos principales de saponinas:
Saponina A:
(Β-D-glupiranosil-[β–D-glupiranosil-(1→3)- α-L- arabino-piranosil-(1→3)]-3-β-23-dihidroxil-12-eno-28- oato-metil ester)
Saponina B:
(Β-D-glupiranosil-[β–D-glupiranosil-(1→3)-α-L arabino- piranosil-(1→3)]-3-β-2dihidroxilolcan-12-eno-28-oato), de gran valor comercial
FIGURA N° 6 Estructura de saponina
Leyenda: R1 = glucosa-arabinosa, R2 = glucosa, R3 = OH y R4 = COOCH3 Fuente: Ruales (1992).
Debido a la presencia de aglicón liposoluble y una cadena de azúcar hidrosoluble en su estructura (naturaleza anfifilica), las saponinas son compuestos con superficie activa con propiedades detergentes, humectantes emulsificantes y espumantes. Las propiedades fisicoquímicas y biológicas de las saponinas han sido
33 ampliamente explotadas en un número de aplicaciones comerciales en el sector de alimentos, cosméticos, agrícola y farmaceutico (Guglú, 2007).
2.2.2. Ubicación de la saponina en el grano de quinua
Bálsamo, (2002), el primero en establecer la presencia de saponinas en el grano de quinua fue Gonzales en 1917. En 1974, Villacorta y Talavera, encontraron que el episperma del grano de quinua estaba constituido por tres membranas con células muy diferenciadas, hallaron una correlación entre la persistencia del sabor amargo y la presencia de residuos de la membrana más externa, de lo que coligieron la localización de las saponinas de dicha membrana. Según Prado (1996), citado por Bálsamo (2002). Obtuvieron evidencia adicional de la presencia de cuerpos de saponinas en las células del pericarpio mediante microscopia electrónica, los cuales revelaron una estructura tetraédrica única y diferente de aquella correspondiente a los gránulos de almidón y encontraron una concordancia con la práctica ancestral de lavar el grano para eliminar el sabor amargo de las semillas de quinua, por lo cual propusieron que probablemente estos compuestos están distribuidos a lo largo de las diferentes partes del grano.
Según Augusto (1979), citado por Bálsamo (2002), las saponinas de quinua pueden presentar hasta diez diferentes sapogeninas y el ácido oleanoico constituye un 79,5% del total de las sapogeninas del extracto, algunos investigadores han mencionado que la composición de saponinas en la quinua comprende el ácido oleanólico y otras tres sapogeninas identificadas como hederagenina, ácido fitolacagenico y ácido deoxifitolacagenico, donde el ácido
34 oleanolico forma la clase más importante de saponinas en quinua, ver figura 7.
FIGURA N° 7 Principales sapogeninas de la quinua
Fuente: Ridout et al., (1991)
En las variedades amargas, la saponina se localiza en el pericarpio y cuyo contenido varía según la variedad y el tratamiento dado en la trilla. En las variedades dulces, la presencia de saponina es nula, las variedades y ecotipos de quinua que se comercializan en Bolivia tienen porcentajes elevados de saponina en el epispermo del grano,
Ácido oleanoico Hederagenin
a
Ácido fitolacagenico Ácido espergulagenico
35 que debe ser eliminada antes de su comercialización (Quiroga y Escalera, 2010).
Al tratar de definir los procedimientos para eliminar la saponina se ha estudiado su localización en el grano y se ha encontrado que se sitúa en las coberturas externas, de las cuatro capas que recubren el grano y componen en conjunto el episperma (Villacorta y Talavera, 1976), la primera capa externa se presenta bajo el microscopio como una membrana rugosa, formada por células sin núcleos, quebradiza, seca y fácilmente desprendible de las otras.
Estas rugosidades, que asemejan las celdas de un panal, albergan una sustancia blanca, opaca y amarga que se asume sea la saponina, esta capa se puede extraer con agua fría o caliente, sus paredes contienen además una serie de inclusiones en forma de cristales (Bacigalupo y Tapia, 2011).
Las saponinas son glicoalcaloides, factor antinutricional, que se encuentran en el epispermo de los granos de diversas variedades comerciales de quinua, entre ellas la quinua real, que le dan un sabor amargo que impide su consumo directo (Guglú, 2007).
Las saponinas están localizadas en el pericarpio de las semillas de la quinua, dan el sabor amargo y su contenido oscila en el rango de 0,1 al 5,0 % (Pereira, 2011).
2.2.3. Procesos de desaponificación de quinua por vía húmeda El proceso tradicional de desaponificación, que es por vía húmeda, demanda grandes cantidades de agua (5-14 m3/TM de quinua procesada) y energía (>113 kWh/TM de quinua procesada, especialmente en el secado), generando
36 volúmenes considerables de efluentes contaminados con saponina que descargan sin tratamiento alguno al medio ambiente, contraviniendo así con la ley del medio ambiente y sus reglamentos (Escalera et al., 2010).
El proceso húmedo es el que tradicionalmente utilizan los campesinos y las amas de casa, consiste en lavados sucesivos del grano con agua, hasta que la espuma desaparezca. A nivel industrial se realiza con agitación mecánica y turbulencia, luego de lavado, la quinua es secada (Pereira, 2011).
En la mayoría de áreas de producción tradicional de quinua, en la Zona Andina, la eliminación de saponina de los granos de quinua se hace por lavado manual, es decir por vía húmeda, el lavado se hace con cambios sucesivos del agua y friccionando los granos de quinua con las manos sobre una piedra, hasta eliminar las capas superficiales de los granos y con ellas la saponina. Esta labor, además de ser tediosa, demanda un proceso de secado adicional, para evitar la proliferación de mohos, bacterias y otros microorganismos en el grano húmedo (Nieto y Valdivia, 2011)
Tapia, (1997), menciona un método tradicional de desaponificado de quinua por vía seca, realizado por pequeños productores en la región de los salares en Bolivia.
El método consiste en colocar la quinua calentada previamente y mezclada con arena gruesa, en piedras horadadas en forma de hoyo. Con los pies se procede a frotar los granos de quinua y la arena, para luego separar ésta del polvo de saponina y de los granos por medio de aventado y tamizado, este método no ha sido reportado en otras localidades.
37 El método húmedo consiste en humedecer y remojar los granos, luego se procede a frotar con las manos sobre una superficie dura y rugosa, hasta remover las capas externas del grano donde se encuentra la saponina que son glucósidos de sabor amargo, se continua lavando el grano con las manos hasta por 6 a 8 veces, hasta que ya no salga espuma, cambiando el agua constantemente, finalmente se enjuaga dos a tres veces, hasta que el grano quede completamente dulce, luego se extiende al sol para que seque, teniendo la precaución de que el grano no germine, una vez completamente seco se almacena y está lista para su utilización (Mujica y Ortiz, 2006).
Koziol, (1990) es conocido también como el método húmedo y consiste en someter al grano de quinua a un proceso de remojo y turbulencia, en agua circulante o fija en el recipiente de lavado, la saponina se elimina en el agua de lavado. Existen varios estudios que han tratado de optimizar este método. Posnansky (1945), en Bolivia; Briceño et al., en 1972, en Perú y Junge, en 1973, en Chile (citados por Tapia 1997), desarrollaron métodos de desaponificado por agitación y turbulencia, todos con resultados halagadores.
Sin embargo, uno de los proyectos más sobresalientes de procesamiento de quinua por este método, fue el proyecto Huarina, en Bolivia (Reggiardo y Rodriguez, 1983); citados por Bacigalupo y tapia, (1990). El método desarrollado por estos autores, consiste de un tanque vertical provisto de paletas giratorias para dar turbulencia. El grano de quinua es sometido a un remojo inicial, que dura de 5 a 8 minutos, dependiendo del contenido de saponina, de un agitado con turbulencia, que dura de 5 a 15 minutos, también dependiendo del contenido de saponina del material y de un
38 enjuague final, que también dura de 5 a 8 minutos, luego de lo cual, los granos son sometidos a un proceso de secado.
Otras investigaciones han ensayado el proceso de desaponificado con agua a diferentes temperaturas. Por ejemplo: Tellería en 1977 (citado en Bacigalupo y Tapia, 1990), comparó tres temperaturas del agua de lavado (50, 70 y 87° C) y encontró que mediante el lavado con agua a 50° C, se puede reducir el contenido de saponina hasta en un 25%, del contenido inicial, mientras que con lavados a 70 y 87° C, la saponina residual ya no es detectable. De igual forma, Romero (1981), estudió varios procesos de desaponificado de quinua: con agua a diferentes temperaturas, aplicación de soluciones de alcohol, cocción en autoclave y con la adición de una solución de cal al 1%. A juzgar por el sabor amargo del producto procesado (calificado por un panel de degustación), se encontraron resultados satisfactorios con todos los tratamientos, con excepción del tratamiento de autoclave.
Zabaleta (1982), citado en Bacigalupo y Tapia (1990), realizó una serie de pruebas de desaponificado por vía seca y húmeda, a nivel de laboratorio y planta piloto, llegando a las siguientes conclusiones: tiempos prolongados de tratamiento con agua no mejoran el rendimiento de la extracción de saponina de quinua, por el contrario, incrementan la hidratación del grano, lo que dificulta o encarece el proceso de secado. El lavado es mejor en un ambiente turbulento y con tiempos cortos de exposición. Sin embargo, el número de Reynolds (número que relaciona la velocidad angular de rotación y el diámetro de la hélice del agitador con la densidad y viscosidad dinámica del fluido), debe quedar confinado a 50000 Reynolds, para ahorrar potencia instalada
39 destinada a la agitación y evitar desplazamiento del grano de quinua respecto a la posición solvente. En todo caso, este número no debe excederse de 130000 Reynolds, para evitar ruptura del grano. Si el contenido de humedad del producto desaponificado no excede de 27%, el secado se puede hacer fácilmente con secadores solares o inclusive con exposición al ambiente. También llego a la conclusión que el contenido porcentual de humedad de la quinua inmediatamente posterior a su tratamiento puede llegar al 27%. A estos niveles de hidratación, los secadores solares o inclusive la exposición directa al ambiente pueden resultar suficientes como medios de secado, sin peligro de germinación precoz del grano de quinua.
En Perú se desarrollaron diferentes estudios sobre los tiempos óptimos de remojo y lavado de algunas variedades de quinua, así como las temperaturas más deseables.
Encontraron en los trabajos de laboratorio que el tiempo óptimo de remojo era de 10 minutos y que era aconsejable un primer lavado de 15 minutos y un segundo lavado de 5 a 10 minutos para obtener una mejor extracción de saponina.
También halló que al incrementar la temperatura del agua de lavado de 40°C a 70°C aumentaba progresivamente la extracción de saponina y mejoraba hasta un 67,3% en relación al lavado hecho a temperatura ambiente (Briceño, 1975). Sin embargo, se concluyó que no sería recomendable la utilización de temperaturas de 70°C en vista de que los granos de quinua lavados a esa temperatura cambiaron su aspecto y perdieron en gran proporción su embrión o germen. Este comportamiento se explica por la gelatinización del almidón de quinua que se inicia a 56,9°C y termina con la gelatinización de todos los gránulos a 70°C Scarpati y Briceño (1982), citado por Tapia (1997). De allí
40 que la temperatura de lavado debería tener como límite máximo 50°C a 53°C. Finalmente, en base a estos datos aconsejó que para incrementar el rendimiento de la planta piloto de Huarina se efectúe un enjuague posterior al lavado dejando escurrir las bandejas con la quinua que sale de la lavadora antes del ingreso al secado, con lo que la eficiencia de extracción se incrementa hasta 35,14%.
La influencia de la velocidad de agitación incide en el lavado, a 800 rpm la desaponificación es bastante aceptable, pero la quinua tiene mayor absorción de agua y también hay más impurezas, especialmente residuos de perigoneos que por falta de turbulencia no se ven forzados a salir durante el proceso (Soria, Marcial y Peñaloza, 1990).
En la desaponificación por vía húmeda, el lavado de los granos de quinua en máquinas tipo lavadora, se basa en principios físicos de agitación y turbulencia. La relación volumétrica agua (litros), granos de quinua (kilos), tiempo de remojo, duración de agitación o turbulencia y temperatura de agua, son factores determinantes para una escarificación y desaponificado satisfactorio, sin embargo, la formación de espuma y elevado costo de secado del grano son factores limitantes (Mujica y Ortiz, 2006).
Borda y Gamarra (2002), por la vía húmeda en un tiempo de 15 minutos con una relación de 3:1 (agua-quinua) se lograron obtener un producto con un contenido de saponina residual de 0,009%. Este valor se encuentra por debajo del límite de detección del sabor amargo, lo cual es apto para el consumo humano, los tiempos prolongados de extracción mayores de 15 minutos con agua no mejoraron sustancialmente el rendimiento de extracción de saponina.
41 Salas (2001), reporta la desaponificación por vía húmeda en una actividad industrial del Perú, donde utiliza un tanque lavador provisto de agitación mecánica continua y de una camisa de calefacción por vapor de baja presión. El vapor se genera en un caldero y en un equipo pequeño de intercambio iónico que funciona con resinas, destinado a la desalinización del agua (ablandamiento del agua). La extracción se inicia por un remojado del grano en agua tibia, seguido de un lavado turbulento con agitación mecánica, la descarga se realiza por el fondo separándose posteriormente el grano lavado de la solución acuosa.
IICA (2011), reporta formas agroindustriales para la desaponificación de la quinua, donde los granos de quinua son sometidos a un proceso de lavados sucesivos con agua turbulenta, usando licuadoras industriales, los resultados de la desaponificacion son satisfactorios, también para variedades muy amargas. En este proceso la mayor parte de la desaponificacion se debe a un efecto mecánico abrasivo del agua agitando a alta velocidad sobre el grano. En menor proporción se debe a la difusión de la saponina, que sigue el gradiente de concentración desde el grano hacia el agua. En cuanto a la temperatura de lavado: más caliente el agua del lavado, más eficiente es la desaponificacion. No obstante no se debe calentar el agua más que 57 °C, porque a partir de esta temperatura comienza la gelatinización del almidón de la quinua. Respecto a la duración del lavado, se acondiciona la quinua remojándola por 30 minutos a temperatura ambiente con el fin de facilitar la desaponificación, pues al contacto con el agua los cristales de saponina se disuelven, eliminándose posteriormente en el lavado. Más baja la temperatura del agua, más amarga la quinua, requiere más
42 tiempo necesita el lavado, se recomiendan lavados de 20 a 40 minutos.
El lavado se ejecuta con un equipo con camisa de calentamiento a vapor y un agitador tipo turbina de lámina plana, el cual es accionado por un motor eléctrico, los granos de quinua son sometidos a un proceso de fricción húmeda, debido a la gran descarga turbulenta de agua caliente que se logra en el equipo. Tiempos prolongados no mejoran substancialmente la extracción de saponina, pero llevan a una hidratación elevada del grano con agua ligada, que significa elevado tiempo y costo del secado posterior, una inversión del movimiento de la saponina, quiere decir, la saponina ya no se mueve desde el grano al agua, sino entra nuevamente del agua al grano ya casi dulce. Para la relación quinua-agua: más amplia la relación agua: quinua, más eficiente es el proceso de desaponificación y (más) corto el lavado. Se recomiendan por lo menos una relación de 2 partes de agua por 1 parte de quinua, en cuanto a la humedad del grano lavado, después de un lavado de 30 minutos, la quinua tiene una humedad de alrededor de 50 %, casi la mitad es agua superficial, quiere decir no ligado, es fácil de eliminarlo con una centrifugación.
2.2.4. Métodos de determinación de saponinas en quinua
Monje y Raffaillac (2011), citado por Bálsamo (2002), publicaron el método espectofotométrico para la determinación de saponinas, en esta manifiestan que: este trabajo tiene por finalidad proponer una técnica nueva y sencilla para la determinación de la saponina total, de bajo costo. El fundamento de la técnica propuesta es la extracción de la saponina con una mezcla de etanol al 50%
V/V, filtrado al vacío. La solución obtenida es diluida con el
43 mismo etanol hasta que la concentración de la saponina total se encuentre dentro de la curva de calibración que se encuentra de 0 a 350 ppm. Para dar coloración a la solución de saponina total extraída se utiliza el reactivo de color que es una mezcla de anhídrido acético y ácido sulfúrico en una proporción de 1:5 (16,7%). La proporción de la muestra con el reactivo de color 1:3,5 (22,23%). La muestra será leída a una longitud de onda de 528 nm. La presente técnica no tiene interferencia con los colores que pueda presentar la quinua y tiene la virtud de determinar el total de las saponinas presentes en el producto.
Koziol (1990), reporta que en los laboratorios de Latinreco, en Ecuador, se ha desarrollado y estandarizado un método físico para determinar las saponinas de la quinua. Basado en el principio que cuando las saponinas se disuelven en agua y se agitan, dan una espuma estable, cuya altura esta correlacionada con el contenido de saponinas en los granos.
El siguiente procedimiento rápido permite estimar la saponina y es apto para ser usado en un control de calidad de la quinua que se puede efectuar en el mismo almacén o incluso en el campo. Para este efecto utilizan los siguientes materiales: un tubo de ensayo de 160 mm de longitud y 16 mm de diámetro, reloj, regla sensible al 0,1 cm, agua destilada, opcionalmente balanza de precisión. El procedimiento consiste en: pesar 0,50 g de granos enteros de quinua y colocarlos en un tubo de ensayo, esto corresponde aproximadamente de 120 hasta 200 granos (0,5 g corresponden a 120 granos grandes con más de 2 mm de diámetro o 200 granos medianos con un diámetro entre 1,5 a 2 mm). Anadir 5,0 ml de agua destilada y tapar el tubo con el dedo pulgar, leer el reloj y sacudir vigorosamente el tubo durante 30 segundos, dejar el tubo en reposo durante
44 10 segundos, luego medir la altura de la espuma al 0,1 cm más cercano.
Bacigalupo y Tapia (1992), la curva de calibración (de la figura 8) para la altura de espuma (vs) concentración de saponinas en solución, para elaborar esta curva se siguió el método dado a continuación, usando soluciones de las saponinas extraídas en lugar de hacerlo con granos de quinua. Se obtiene una correlación lineal sólo en concentraciones de saponinas menores a 2,0 mg/5 ml, lo que limita la aplicación del método. Para la estimación del contenido de saponina, se usa los siguientes materiales:
tubos de ensayo con tapones de rosca, 160 mm de longitud y 16 mm de diámetro, probeta de 10 ml., cronómetro o reloj, balanza sensible al 0,01 g., regla sensible al 0,1 cm., agua destilada, porta tubos. El Método normal consiste en: pesar 0,50 ± 0,02 g de granos enteros de quinua y colocarlos en un tubo de ensayo, añadir 5,0 ml de agua destilada y tapar el tubo, poner en marcha el cronómetro (o leer el reloj) y sacudir vigorosamente el tubo durante 30 segundos, dejar el tubo en reposo durante 30 minutos, luego sacudir otra vez durante 20 segundos, dejar en reposo durante 30 minutos más, luego sacudir otra vez durante 30 segundos, dar al tubo una última sacudida fuerte, igual a las sacudidas que se usan con termómetros orales, dejar el tubo en reposo 5 minutos, luego medir la altura de la espuma al 0,1 cm más cercano.
Cálculos
( ) ( ) ( )
45 ( )
( ) ( ) Por ejemplo, si una muestra de quinua de 0,51 g dio una altura de espuma de 1,5 cm, los cálculos son:
( )
( )
Por lo tanto, la muestra de quinua contiene 1,70 mg de saponinas por grano de peso fresco ó 0,17% de saponinas por peso, la duración del análisis es de 73 minutos.
Método rápido
Para hacer determinaciones más rápidas puede tomarse la lectura de la altura de espuma después de una agitación de 30 segundos, esperando unos 10 segundos más para que se estabilice la espuma. La ecuación de correlación entre lecturas de alturas de espuma tomadas después de 30 segundos de agitación y las tomadas normalmente al fin de 73 minutos es:
(Altura final) =0,683 x (altura de espuma después de 30 s) + 0,163… (3) La sustitución de la ecuación (3) en las ecuaciones (1) y (2) da:
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
Con este método rápido se relaciona una quinua dulce con una altura de espuma de 1,2 cm o menos.
46 FIGURA N° 8 Concentración de Saponina vs. Altura de Espuma
Fuente: Bacigalupo y Tapia (1992).
2.2.5. Clasificación de la quinua en función del contenido de saponinas
El grano se puede clasificar según su contenido de saponina en: quinua libre (lavada) con 0,00 % de saponina; quinua dulce: < 0,06 % de saponina (variedad Piartal); quinua amarga: >0,16 % de saponina (variedades Pastos y Quillacinga). La quinua dulce requiere sólo un ligero lavado de los granos o un escarificado; para la quinua amarga se recomienda el método combinado (Romo, Rosero et al, 2006).
Telleria et al., (1978) demostraron que las variedades de quinua sajama (1,7%) y blanca (1,9%) presentan menor concentración de saponina que las variedades amarilla (2,3%) y coloreada (2,8%). Estos valores se obtuvieron después de lavar la quinua a 50⁰C, donde se removió un 75 a 80 % de la saponina. Según Ruales and Fair (1992) las saponinas de la quinua son glucósidos triterpenoidales,
Concentración de saponina – mg/ 5ml Altura
de espuma cm
47 localizadas en el pericarpio de las semillas y solubles en metanol y agua.
2.2.6. Saponinas límites máximos aceptables
Zavaleta, citado por Bacigalupo y Tapia (1990), el nivel máximo aceptable de saponina en la quinua para consumo humano oscila entre 0,06 y 0,12%. Esto concuerda con los resultados de pruebas sensoriales realizados en la Universidad de Ambato, Ecuador en donde se determinó que el límite máximo de aceptación del contenido de saponina en el grano cocido, fue del 0,1 % (Nieto y Soria, 1991).
Soto, Kuramotto et al., (2011) dan cuenta de los resultados del trabajo del Comité de Normalización de Cereales en Bolivia. La norma NB/NA 038-2007 para granos andinos pseudocereales quinua en grano clasificación y requisitos.
En lo relacionado al contenido de saponina, presentan el límite máximo de 120 mg/100g determinado por el método espuma. Tal como se muestra en el cuadro 4.
La quinua puede ser clasificada de acuerdo a la concentración de saponinas como: dulce (libre de saponinas o contenido menor de 0,11 % de saponinas libres en base a peso fresco) o amarga (más de 0,11 % de saponinas) (Koziol, 1990).
El contenido de saponinas varía entre 0-3% en granos secos, aunque se ha reportado variedades con contenidos de saponina de hasta 4%. Granos muy amargos se clasifican entre 1- 3% granos de contenido medio entre 0,1 y 1% y variedades dulces de 0,0 a 0,15 (Guglú, 2007).
