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INTRODUCCION.
La población infantil tiene una gran preferencia por los alimentos denominados
“Chatarra”, los cuales únicamente proporcionan energía, con un aporte muy
limitado de proteínas, debido a lo cual las Secretarías de Salud y de Educación del
Estado de Durango, han iniciado una Campaña en las Escuelas de Educación
Básica, para disminuir el consumo de los mismos, para que en un futuro, no se
vendan en las cooperativas o tienditas escolares. Dentro de los alimentos más
consumidos por la población infantil en edad escolar, se encuentran los productos
tipo Botanas, elaborados en un gran porcentaje a partir de Maíz, con un contenido
limitado de proteínas, por lo que se consideró adecuado, para sustituir a este tipo
de productos, elaborar un alimento que tuviera un contenido superior de proteínas,
que los comerciales, es decir, que fuera de alto valor nutricional y de gran
aceptación, razón por la que se consideró importante desarrollar un Producto Base
para elaborar un Alimento tipo Botana a partir de mezclas de Maíz-Garbanzo con
una proporción 70-30%, que proporcionen un perfil óptimo de aminoácidos
esenciales recomendados por la FAO-OMS. Una gran parte de la población de los
países en vías de desarrollo consume dietas pobres en proteínas (Broockwalter y
col., 1971, Silaula y col., 1989). Debido a esto, en la actualidad se ha intensificado
el interés por la producción de alimentos de alto valor nutricional (Falcone y
Phillips., 1988, Camire y King. 1991., Lee y col 1998) y de bajo costo, por lo que
la producción de tales alimentos deberá involucrar procesos y materias primas
baratas.
El garbanzo es un ingrediente importante en la dieta mediterránea y asiática, por
ser de una riqueza considerable en lo que a aportes nutritivos se refiere, por lo que
también se le conoce en esos lugares como “La carne del pobre”. Los garbanzos
pueden comerse cocidos, tostados, fritos e incluso en forma de harina. Los
garbanzos se conservan mucho tiempo y una vez cocinados pueden ser
congelados durante muchos meses. Esta leguminosa es un producto con un alto
valor nutritivo, cuyo contenido es de 19.7% de proteína, 60.7% de carbohidratos,
6.0% de grasa y ciertos minerales como hierro y calcio, superando en contenido
proteico al huevo y a la leche, e igualando casi a la carne, la que tiene 21.3%. Es
por ello que ante los altos índices de desnutrición que enfrenta nuestro país, se
debe fomentar de manera decidida su cultivo a fin de que forme parte de la dieta
del mexicano, pues es barato y nutritivo. (SAGARPA, 1997).
El garbanzo ha sido un grano altamente consumido en el continente asiático a tal
grado que en esa región se encuentra concentrada cerca del 85% de la
producción mundial y aproximadamente el 60% de las importaciones de garbanzo
las realiza ese continente. Sin embargo, existen otros países como España que
está dentro de los principales demandantes del producto, con un importante
mercado para los países productores, dado que India, el principal productor
mundial con cerca del 60%, destina la totalidad de ésta a su consumo interno, e
incluso tiene que importar cantidades adicionales.
En el mundo se siembran poco más de 10 millones de hectáreas de garbanzo,
aproximadamente 7 millones se cultivan en la India, seguido de Pakistán y
Turquía. En Europa los principales productores son España, Italia y Portugal. En
Latinoamérica la mayoría del cultivo se produce en México con un total de 200 mil
toneladas anuales, teniendo mayor producción en los estados de Sonora, Sinaloa
y Baja California Sur (SAGARPA). Figura I.
FIGURA I
350,000 300,000 Volumen Total de Produción de Garbanzo y principales Estados productores
TnTOTAL
TnSINALOA
TnSONORA
TnBCS
250,000 200,000 150,000 100,000 50,000 ‐
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
FUENTE: SERVICIO DE INFORMACION AGROALIMENTARIA Y PESQUERA, SAGARPA
Actualmente, de estas 200 mil toneladas de garbanzo se exportan
aproximadamente 142 mil toneladas, por lo cual aproximadamente 58 mil
toneladas son comercializadas de manera limitada sin que hasta el momento se
plantee una salida adecuada para este garbanzo, lo que representa un factor
limitante para los productores; dentro de este esquema el proceso de extrusión
ofrece una alternativa adecuada para este producto.
La Rezaga de garbanzo, producto resultante del cribado del grano, está formada
por garbanzo quebrado, pequeño y semilla de baja densidad, el cual representa el
29% del volumen total de producción y a la fecha es subutilizada, por lo que es
necesario el desarrollo de tecnologías que permitan incrementar el valor agregado
así como también, que ofrezcan alimentos nutritivos que puedan desplazar a los
denominados productos Chatarra, y que son de amplio consumo por la población
infantil, todo esto redundará en un beneficio social.
El proceso de Extrusión-cocción representa una buena opción tecnológica, para
elaborar una amplia gama de productos con alto contenido de proteínas de
diferentes fuentes, destacando las Leguminosas, como el garbanzo y el frijol.
Algunos autores catalogan a las leguminosas como “la carne de los pobres”
porque poseen un alto contenido de proteína comparadas con otras fuentes de
origen vegetal. Su patrón de aminoácidos está cercano al ideal para el hombre
(Aguilera y Stanley, 1985), las proteínas se complementan al mezclarlas con las
de los cereales como el maíz y el trigo (Clark 1978). La Extrusión de estas
mezclas permite desarrollar una gran variedad de productos de alto valor
nutricional y de bajo costo, por lo que se ha convertido en uno de los procesos
más populares en la industria alimentaria (Gujska y Khan, 1990).
OBJETIVOS:
GENERAL
• Optimizar el proceso de Extrusión para preparar un producto base para botanas
de una mezcla maíz-garbanzo en proporción 70-30%.
ESPECÍFICOS
• Optimizar las condiciones de proceso de la mezcla maíz-garbanzo por medio de
metodología de Superficie de Respuesta utilizando un Diseño Central compuesto.
•
incrementar el Índice de Expansión, disminuyendo la densidad del producto final a
nivel laboratorio.
MATERIALES Y METODOS
Las muestras de garbanzo utilizadas para las determinaciones de las cinéticas de
absorción de agua y cocción fueron proporcionadas por el Campo Experimental
Valle de Santo Domingo de Ciudad Constitución, perteneciente al INIFAP del
Estado de Baja California Sur, Costa’2004, Blanco Sinaloa’92, Suprema’2003 y
Jamu’96, la variedad Blanco Sinaloa utilizada para extrusión fue proporcionada por
el Campo Experimental Valle del Guadiana de Durango, Dgo.
Las muestras de garbanzo comercial enlatado fueron adquiridas en tiendas de
autoservicio de la ciudad de Durango, Dgo.
Las Cinéticas de Absorción de Agua fueron evaluadas por el incremento en peso
de muestras de 50 g de garbanzo, remojadas en una proporción 1:5 garbanzoagua destilada, durante las primeras 6hr y la absorción total a 24hr de remojo, de
acuerdo a la metodología reportada por Velasco-González y col. 2008.
Las Cinéticas de Cocción, fueron evaluadas en 20 garbanzos seleccionados al
azar de una muestra de 50 gramos remojados 24hr, desechándose el agua de
remojo y sometidos a cocción durante 0, 30, 60 y 90 minutos de cocción en agua
en ebullición en olla abierta, en una proporción 1:5 garbanzo-agua, manteniéndose
el volumen constante por adición de agua en ebullición, dejándose enfriar y
determinado la dureza en un Texturómetro Universal Instron modelo 5565,
utilizando una celda de corte, de acuerdo a lo reportado por Velasco-González y
col. 2008.
La Dureza del producto extrudido fue evaluada en un Texturómetro Universal
Instron modelo 5565, utilizando una celda de corte n=20, en producto secado a
70º C durante 4hr.
La Densidad fue evaluada considerando al producto extrudido como un cilindro
para determinar el volumen, cortando porciones de aproximadamente 5 cm,
midiendo el largo en 3 posiciones y el diámetro promedio evaluado en las
porciones extremas y en la parte central, registrando el peso en una balanza
granataria Ohaus.
La humedad de las harinas fue determinada de acuerdo al método del AOAC
1997.
El porcentaje de la mezcla de maíz-garbanzo, fue determinado de acuerdo al
contenido de aminoácidos de las proteínas de ambos granos, reportado por
Ledesma y col. 1997.
La optimización del proceso de Extrusión, se realizó utilizando metodología de
Superficie de Respuesta, mediante un Diseño Central compuesto 22, con tres
repeticiones en el punto central (Montgomery, D.C.2004), empleando como
variables explicativas el contenido de Humedad de la mezcla de harinas y la
Temperatura del dado de salida del extrusor monotornillo, Brabender modelo K19,
con una relación de compresión 1:3, L/D = 20, y un dado de salida de 5 mm,
manteniendo constante la velocidad del tornillo RPM=150, las variables respuesta
utilizadas fueron: Índice de Expansión, Densidad y Dureza, las diferentes corridas
experimentales empleadas en el pueden ser observadas en el Cuadro I.
CUADRO I
Condiciones Experimentales del Diseño Central Compuesto
Utilizado en la Optimización por Superficie de Respuesta
TEMPERATURA HUMEDAD
ºC
%
160
14
170
16
160
16
165
13.5858
157.929
15
165
15
165
15
170
14
172.071
15
165
16.4142
165
15
La viscosidad fue determinada en un viscosímetro Rapid Visco Analyser modelo
RVA-4 (Newport Scientific PTY Ltd, Syndey Australia), de acuerdo a San MartinMartinez y col. 2004. Tg y Tm fueron evaluadas utilizando un Calorímetro
Diferencial de Barrido Perkin Elmer Modelo Pyris.
El análisis estadístico fue realizado utilizando los paquetes estadísticos
Statgraphics ver 5.2 y Statistica ver 7, la prueba de intervalo múltiple empleada fue
LSD, con un nivel de confianza del 95% y α = 0.05,
RESULTADOS Y DISCUSION.
Las Cinéticas de absorción de agua permitieron determinar la variedad que
absorbió agua más rápidamente (Cuadro II), fue la variedad SUPREMA’2003
12.075 g/hr, seguida por JAMU’96 10.968 g/hr, COSTA’2004 9.334 g/hr, BLANCO
SINALOA 8.8723 g/hr, los valores obtenidos para R2, oscilaron entre 0.9060 y
0.9148.
CUADRO II
CINETICA DE ABSORCION DE AGUA DE
4 VARIEDADES DE GARBANZO
VARIEDAD
VELOCIDAD
R2
g de agua / hr
SUPREMA’2003
12.075
0.9060
JAMU’96
10.968
0.9060
COSTA’2004
9.334
0.9080
BLANCO SINALOA
8.872
0.9148
La Dureza en el garbanzo seco, remojado y sometido a cocción por 30, 60 y 90
minutos, puede ser observado en la Cuadro III; en el caso del garbanzo seco, la
prueba de intervalo múltiple, permitió formar tres grupos, el primero comprendido
por las variedades JAMU’96 y SUPREMA’2003 con 28.8 y 30.5 Kgf; el segundo
conformado por las variedades SUPREMA’2003 y BLANCO SINALOA de 30.5 y
33.925 kgf y un tercero por COSTA’2003 con 38.7 Kgf, sin embargo, durante el
remojo las variedades no reflejaron diferencias significativas en la Dureza,
presentando valores entre 1.2105 Kgf en el caso de BLANCO SINALOA Y 1.520
Kgf en la variedad SUPREMA’2003.
Cuando se sometieron a cocción durante 30 minutos, la variedad más suave fue la
JAMU’96, que presentó una dureza de 0.396 Kgf, difiriendo estadísticamente de
las variedades BLANCO SINALOA y COSTA’2004, con valores de 0.496 Y 0.503
Kgf respectivamente; cuando la cocción se extendió a 60 minutos se conformaron
tres grupos nuevamente, el primero por la variedad JAMU’96 y BLANCO SINALOA
con 0.4185 y 0.426 Kgf respectivamente, el segundo grupo formado por BLANCO
SINALOA Y SUPREMA’2003, con 0.426 y 0.489 Kgf y un tercero grupo
conformado SUPREMA’2003 y COSTA’2003, con 0.489 y 0.515 Kgf. En el caso de
90 minutos de cocción, se conformaron únicamente dos grupos JAMU’96 y
SUPREMA’2003 con 0.383 y 0.387 Kgf, y un segundo grupo formado por COSTA
2003 y BLANCO SINALOA con 0.441 y 0.499Kgf.
Por lo anterior se podría decir que las variedades más suaves serían la JAMU’96 y
BANCO SINALOA, sin embargo, la media de los diferentes tiempos de cocción de
las variedades estudiadas, fueron muy semejantes, posiblemente debido a que se
trataba de muestras sin clasificar por calibre, tal como se comercializan
internacionalmente, razón por la cual se sugiere realizar una clasificación previa.
El Cuadro IV, muestra la dureza de garbanzo enlatado de tres marcas
comerciales, como puede observarse, la dureza difiere en las marcas analizadas,
siendo la más suave la marca A, con 0.426 Kgf, difiriendo estadísticamente de las
marcas B y C, con durezas de 0.542 y 0.563 Kgf, la suavidad alcanzada en las
muestras estudiadas después de 30 minutos de cocción, posiblemente debido a
que se trataban de cosechas recientes, por lo que se recomienda realizar un
estudio durante el almacenamiento en diferentes condiciones, además de realizar
el estudio en muestras cribadas y clasificadas de acuerdo a la normatividad del
País que importa el grano.
CUADRO III
DUREZA COMPARATIVA DE 4 VARIEDADES DE GARBANZO
SECO, REMOJADO Y SOMETIDO A COCCION
POR 30,60 Y 90 MINUTOS EN RECIPIENTE ABIERTO
VARIEDAD
SECO
REMOJADO
30 min
60min
90min
COSTA
38.700C
1.499A
0.503B
0.515C
0.441A,B
2004
BCO SIN
33.925B
1.211A
0.496B
0.426A,B
0.498B
JAMU’96
28.800A
1.319A
0.396A
0.419A
0.383A
A,B
A
B,C
SUPREMA
30.500
1.520
0.489
0.387A
PROMEDIO
32,981
1,387
0,465
0,462
0,427
Letras iguales por columna, son iguales estadísticamente, LSD con un nivel del 95 % de confianza y α = 0.05.
CUADRO IV
DUREZA EN Kgf DE
GARBANZO ENLATADO
MARCA
DUREZA EN Kgf
A
0.426A
B
0.542B
C
0.563B
Los estudios para caracterizar las variedades de garbanzo de la que se originará
la materia prima para la extrusión, no permiten establecer una relación entre la
velocidad de absorción de agua y la dureza en Kgf, del garbanzo remojado por
24hr, sin embargo, la variedad de garbanzo mas suave fue la JAMU’96 en los
diferentes tiempos de cocción estudiados; el tiempo de cocción para alcanzar la
suavidad del garbanzo comercial enlatado, fue de 30 minutos, en las cuatro
variedades estudiadas, por lo que es recomendable clasificar el grano de acuerdo
al calibre y evaluar la dureza y comportamiento durante el almacenamiento en
diferentes condiciones de humedad y temperatura, de tal manera de recomendar
adecuadamente la variedad de garbanzo con mejores características culinarias.
Las Superficies de Respuesta ajustadas a las diferentes Variables-respuesta
estudiadas pueden ser observadas en la Figura II, III y IV, es importante
mencionar, que éstas son únicamente indicativas, ya que no todas las variables
utilizadas en los modelos son significativas. El modelo matemático que incluye las
variables significativas para el Índice de Expansión se reduce a:
IE= -65.6047 + 0.792506*T + 0.0152859*H – 0.00247793*T2
FIGURA II
SUPERFICIE DE RESPUESTA DEL INDICE DE EXPANSION EN FUNCION DE LA
TEMPERATURA Y HUMEDAD DURANTE LA EXTRUSION
I.E = -63.8133+0.7868*x-0.1562*y-0.0025*x*x+0.0032*x*y-0.0132*y*y
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
FIGURA III
SUPERFICIE DE RESPUESTA DE LA DENSIDAD EN FUNCION DE LA
TEMPERATURA Y HUMEDAD DURANTE LA EXTRUSION
DENSIDAD = -130.9598+1.3646*x+2.4687*y-0.0036*x*x-0.0111*x*y-0.0206*y*y
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
FIGURA IV
SUPERFICIE DE RESPUESTA DE LA FUERZA DE CORTE EN FUNCION DE LA
TEMPERATURA Y HUMEDAD DURANTE LA EXTRUSION
FC (Kg FUERZA) = -184.2+0.4535*x+21.2463*y+0.0073*x*x-0.2081*x*y+0.4883*y*y
14
12
10
8
6
4
2
En el caso de la densidad en el modelo ajustado, ninguna variable resultó ser
significativa, considerándose únicamente como indicativa.
La Resistencia al corte o Dureza expresada en Kg fuerza, únicamente la humedad
resultó ser significativa
Tex = 0.45354 *H
Tomando en consideración los estudios de aceptación previos (N=100), realizados
con Botanas elaboradas con mezclas de Frijol-maíz, los principales atributos de
calidad fueron la dureza y el sabor y desde el punto de vista comercial la principal
característica de venta fue la densidad. (Velasco-González y col. 2005).
Las condiciones óptimas para la preparación de una alimento infantil, ya sea para
botanas o cereal para desayuno, la región óptima estaría en la zona comprendida
entre los 145 y 160ºC con un contenido de humedad entre 12.5 y 13.5%, sin
embargo, esto sería considerando los modelos ajustados, si tomamos en cuenta la
región estudiada seleccionaríamos las condiciones de 13.5% de humedad y
160ºC. Dependiendo de los cambios estructurales durante el proceso de extrusión,
pueden obtenerse diferentes comportamientos Figuras V, VI, VII, VIII y IX.
FIGURA V
SUPERFICIE DE RESPUESTA DE LA VISCOSIDAD (cP) EN FUNCION DE LAS
CONDICIONES DE EXTRUSION
cP = 2.0109E5-1566.4941*x-9350.0904*y+3.368*x*x+29.8*x*y+149.8019*y*y
2800
2600
2400
2200
2000
1800
1600
En el caso de la viscosidad Figura VI, los cambios efectuados principalmente al
almidón de las materias primas, permitieron obtener una mezcla de mayor
viscosidad en las condiciones extremas de procesamiento, es decir a bajas
temperaturas y humedades, como a altas temperaturas y humedades estudiadas,
permitiendo obtener un producto con características adecuadas para preparar
atoles y sopas instantáneas, lo cual es congruente con la máxima absorción de
agua IAA, Figura VII, sin embargo, la absorción de agua es mayor a temperaturas
y humedades bajas, además los costos de producción serían menores en el
extremo inferior, para la preparación de estos productos, sin embargo, se obtiene
un mayor Índice de solubilidad a temperaturas y humedades elevadas, Figura VIII.
La Figura IX permite establecer de mejor manera que las condiciones más
adecuadas para preparar sopas y atoles serían en condiciones de humedad baja y
temperatura baja, ya que la temperatura de fusión del producto extrudido es menor
en estas condiciones.
FIGURA VI
SUPERFICIE DE RESPUESTA DEL INDICE DE ABSORCION DE AGUA EN FUNCION DE
LAS CONDICIONES DE EXTRUSION
IAA = 93.6487-0.5106*x-5.5407*y+0.0005*x*x+0.0205*x*y+0.0695*y*y
7.8
7.6
7.4
7.2
7
6.8
6.6
FIGURA VII
SUPERFICIE DE RESPUESTA DEL INDICE DE SOLUBILIDAD EN FUNCION DE LAS
CONDICIONES DE EXTRUSION
ISA = 673.7435-3.7005*x-48.9599*y+0.0025*x*x+0.199*x*y+0.564*y*y
24
22
20
18
16
FIGURA VIII
SUPERFICIE DE RESPUESTA DE Tg EN FUNCION DE LAS CONDICIONES DE
EXTRUSION
Tg = 1657.887-15.897*x-42.9916*y+0.0522*x*x-0.0528*x*y+1.7301*y*y
86
82
78
74
70
FIGURA IX
SUPERFICIE DE RESPUESTA DE LA TEMPERATURA DE FUSION EN FUNCION DE
LAS CONDICIONES DE EXTRUSION
Tm = 722.8182-4.1062*x-30.8953*y+0.0048*x*x+0.1996*x*y-0.0814*y*y
194
192
190
188
186
184
182
180
CONCLUSIONES.
• Las mejores condiciones para preparar alimentos tipo botana, de baja densidad
y suaves, corresponde a temperaturas y humedades bajas 155-160ºC y 13.514% respectivamente, condiciones que además permiten obtener un producto,
de alta viscosidad 2050 cP, de buena solubilidad y absorción de agua
adecuada, requiriendo bajas temperaturas para la fusión.
•
•
•
El proceso de extrusión de mezclas de maíz-garbanzo, permiten obtener
productos-base para el desarrollo de alimentos nutritivos como botanas, sopas
y atoles, como una alternativa al consumo de productos chatarra que se
ofrecen en las cooperativas o tiendas escolares.
El proceso de extrusión ofrece una alternativa adecuada para utilizar la rezaga
de garbanzo en BCS.
Es necesario desarrollar productos adicionados de saborizantes, para ofertar
productos de fácil preparación, como botanas, sopas y atoles, así como
efectuar las evaluaciones biológicas de estos productos, PER y degistibilidad
aparente.
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