Caracterización fisicoquímica de una formulación alimentaria a partir de materias primas andinas Physicochemical characterization of food formulation from Andean raw materials



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Caracterización fisicoquímica de una formulación alimentaria a partir de materias primas andinas

Physicochemical characterization of food formulation from Andean raw materials
Alejandra Sanín-Villarreala, Laura Sofía Torres-Valenzuelab, Johanna Andrea Serna-Jiménezc, Yessica Lorena Diaz-Martinezd, Nelson Ladinoe, Melissa Calderón-Agudelof
aIngeniera Agroindustrial, Facultad de Ingeniería, Programa de Ingeniería Agroindustrial, Universidad La Gran Colombia Seccional Armenia, Grupo de Investigación para el desarrollo Agroindustrial (GIDA) saninvilalejandra@miugca.edu.co, Colombia

bMagister en Ingeniería de Alimentos, Facultad de Ingeniería, Programa de Ingeniería Agroindustrial, Universidad La Gran Colombia Seccional Armenia, Grupo de Investigación para el desarrollo Agroindustrial (GIDA) torresvallaura@miugca.edu.co, Colombia
cMagister en Diseño y Gestión de Procesos, Facultad de Ingeniería, Programa de Ingeniería Agroindustrial, Universidad La Gran Colombia Seccional Armenia, Grupo de Investigación para el desarrollo Agroindustrial (GIDA) sernajimjohanna@miugca.edu.co, Colombia
dIngeniera Agroindustrial, Facultad de Ingeniería, Programa de Ingeniería Agroindustrial, Universidad La Gran Colombia Seccional Armenia, Grupo de Investigación para el desarrollo Agroindustrial (GIDA) diazmaryessica@miugca.edu.co, Colombia
eQuímico, Sena Agroindustrial Regional del Quindío naladino@misena.edu.co, Colombia
fIngeniera Agroindustrial, Facultad de Ingeniería, Programa de Ingeniería Agroindustrial, Universidad La Gran Colombia Seccional Armenia, Grupo de Investigación para el desarrollo Agroindustrial (GIDA) calderonagumelissa@miugca.edu.co, Colombia
Resumen

Con el propósito de disminuir las altas cifras de desnutrición y malnutrición que se presentan en Colombia y en el mundo, se ha incursionado en el mercado de alimentos funcionales, los cuales tienen una acción benéfica sobre la salud tanto física como mental del consumidor. Por lo anterior, el objetivo de la investigación fue evaluar el contenido de componentes mayoritarios y la viscosidad de una formulación alimentaria a partir de tres materias primas andinas como la quinua, el amaranto y el sagú. En la determinación realizada mediante los métodos de análisis de la AOAC (2005) y un viscosímetro, se encontró que al desarrollar un suplemento a base de 60% de quinua, 20% de amaranto y 20% de sagú, se obtiene un 7,03% de proteína, 5,30% de grasa, 2,05% de fibra, 2,41% de ceniza, 10,45% de agua y 72,76% de carbohidratos, y un comportamiento reológico de un fluido pseudoplástico en el que su viscosidad es independiente del tiempo pero al aumentar la velocidad ésta disminuye. Consecuentemente, es posible generar una formulación alimentaria con potencial como alimento funcional, gracias a sus propiedades nutricionales, digestivas y energéticas.



Palabras clave

Amaranto, Análisis proximal, Quinua, Sagú, Viscosidad



Abstract

In order to reduce the high rates of malnutrition reported in Colombia and the world, it has dabbled in the market of functional foods, which have a beneficial effect on physical and mental health of the consumer. Therefore, the objective of the research was to evaluate the content of major components and the viscosity of a food formulation from three Andean raw materials such as quinoa, amaranth and sago. In the determination made by the methods of analysis of AOAC (2005) and a viscometer, it was found that when developing a supplement based on 60% of quinoa, amaranth 20% and 20% of sago, 7.03 % protein, 5.30% fat, 2.05% fiber, 2.41% ash, 10.45% water and 72.76% carbohydrate is achieved, and rheological behavior of pseudoplastic fluid in which its viscosity is independent of time but with increasing speed it decreases was obtained. Consequently, it is possible to generate a food formulation with potential as a functional food due to its nutritional, digestive and energetic properties.



Keywords

Amaranth, Proximate analysis, Quinoa, Sago, Viscosity



Introducción

Las altas cifras de desnutrición y malnutrición 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). Esta es definida por la Organización Mundial de la Salud como “desequilibrio entre el suministro de proteína – energía y la demanda del cuerpo para que puedan asegurar el crecimiento y la función óptima” (Kamel, Deraz, Elkabarity, & Ahmed, 2016)

Con el propósito de aminorar esta problemática, se han desarrollado diferentes suplementos y complementos nutricionales incursionando en el mercado de alimentos funcionales (Sarmiento-Rubiano, 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 (Sánchez-León, 2012).

La proteína es considerada el más importante macronutriente para los humanos, sin embargo su valor nutricional difiere sustancialmente dependiendo de la composición de aminoácidos (Han, Chee, & Cho, 2015). Dentro de los productos autóctonos, existen tres materias primas que podrían contener proteína y calorías (asociadas a los carbohidratos), dentro de las cuáles se encuentran la quinua, amaranto y sagú. La quinua (Chenopodium quinoa Willd) y el amaranto (Amaranthus hipochondriacus) son pseudocereales andinos que han ganado popularidad en el mundo por el alto valor nutricional asociado principalmente a la cantidad y calidad de las proteínas, y a que 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 & Añón, 2001); adicionalmente tienen capacidad de adaptación a diferentes condiciones agroecológicas (Arechaga et al., 2011; FAO, 2011; Rizzello, Lorusso, Montemurro, & Gobbetti, 2016). El sagú (Canna edulis) es una raíz comestible con potencial debido a los bajos requerimientos nutricionales para su producción en campo y el elevado contenido de almidón (70-80%) (Huang et al., 2015), el cual tiene reportada una digestibilidad mayor que otros tipos de almidón (Zhang & Wang, 2013); y por lo tanto, 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, Torruco-Uco, Chel-Guerrero, & Betancur-Ancona, 2008).

Por lo anterior, el objetivo del trabajo fue evaluar el contenido de componentes mayoritarios y la viscosidad de una formulación alimentaria a partir de materias primas andinas como la quinua, el amaranto y el sagú.

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).

Con base estudios previos realizados en función de los requerimientos nutricionales establecidos por el Instituto Colombiano de Bienestar Familiar (ICBF) para componentes mayoritarios, se preparó una formulación alimentaria con 60% de quinua, 20% de amaranto y 20% de sagú.

Propiedades fisicoquímicas

A la formulación establecida se le realizó un análisis proximal y evaluó la viscosidad, bajo unas condiciones específicas.

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.

Para la medición de la viscosidad se preparó un alimento líquido (colada) empleando 60 g de la formulación y 400 mL de agua. La mezcla se sometió a calentamiento durante 10 min con agitación y se dejaron reposar hasta temperatura ambiente. El análisis de viscosidad se llevó a cabo a 26±1 °C en un viscosímetro rotacional (DV-III Ultra Brookfield, Estados Unidos), empleando la aguja 21.



Análisis estadístico y diseño experimental

Se realizó un diseño unifactorial, donde se evaluó la fuente de alimentación con tres niveles: quinua, amaranto y sagú. 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.



Resultados y discusión

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

Formulación

Quinua

Amaranto

Sagú

Proteína (%)

10,35a

4,08b

0,00c

7,03

Grasa (%)

5,93d

8,97d

0,20d

5,30

Fibra (%)

2,02e

3,41f

0,08g

2,05

Ceniza (%)

3,23h

1,85i

0,54j

2,41

Agua (%)

9,27k

7,29l

17,25m

10,45

Carbohidratos (%)

69,2

74,4

81,93

72,76

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, valor 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. (2016), lo cual pudo ser debido a que hubo pérdida de este componente por efecto de la transformación de la materia prima a harina, posiblemente el suelo donde se cultivó la quinua no tenía alta biodisponibilidad de nitrógeno para la planta, o también que al ser una harina comercial, hubo adición de otros componentes de los cuales no se conoce su composición; además, contiene un 3,23% de ceniza, éste se encuentra en el rango de 3,15-3,65% obtenido por Miranda et al. (2011); así como el contenido de grasa, fibra y carbohidratos.

En el amaranto se obtuvo un contenido de 8,97% de grasa, superior al recopilado por Alvarez-Jubete, Arendt, and Gallagher (2010) y 3,41% de fibra, inferior a lo reportado Alvarez-Jubete et al. (2010); los valores de proteína fueron inferiores en más de un 7% en comparación con Alvarez-Jubete et al. (2010), Singh and Singh (2011), Abalone, Cassinera, Gastón, and Lara (2004) y Mota et al. (2016); 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, Zuluaga, Urresta, and Gnecco (2011), donde se obtuvo 51,06%; el 30,87% restante pudo ser aportado por otros componentes adicionados en la formulación de la harina comercial.

A partir de lo anterior, se puede decir que al realizar una formulación a partir de estas tres materias primas, se podría generar un suplemento dietario balanceado con potenciales características nutricionales, digestivas y energéticas, atribuidas al contenido proteico y en cenizas aportado principalmente por la quinua, presencia de grasa y fibra, componentes mayoritarios en el amaranto y el contenido en carbohidratos brindado por el sagú.

Adicional a la composición de las materias primas para una formulación, el comportamiento reológico es una característica importante en un alimento, ya que la aceptación sensorial de un producto está relacionada con el comportamiento reológico (Wittern, Brummer, & Godersky, 2001). En el caso de las harinas, en este caso de quinua, amaranto y sagú, el contenido de humedad afecta tal comportamiento (Opaliński, Chutkowski, & Hassanpour, 2016), por lo tanto la viscosidad es un parámetro fundamental de calidad.

Como se observa en el Gráfico 1, Se encontró que la formulación no presentó variaciones de viscosidad en el tiempo transcurrido a una velocidad constante, por lo tanto es un fluido independiente del tiempo, donde su viscosidad aparente solo depende de la temperatura, de la composición del fluido y del esfuerzo cortante o gradiente de velocidad aplicado (Quintáns-Riveiro, 2008). Así, al aumentar la velocidad de corte, la viscosidad decreció, con una variación desde 576,7 hasta 200 cP, representando un fluído pseudoplástico descrito por el modelo de ley de potencia (Steffe & Daubert, 2006).



Gráfico 1. Viscosidad de la formulación nutricional (colada) en función de la velocidad de corte

Teniendo en cuenta que en función de la composición del producto, la viscosidad varía, los valores obtenidos fueron altos, lo cual puede ser atribuido al alto contenido de almidón presente en la quinua (60% del peso fresco) y más específicamente a la amilopectina (Abugoch, 2009), componente encargado de formar la estructura de la masa y con características de solubilidad, capacidad para ligar agua, gelatinización y por tanto, viscosidad mayor (Díaz & Hernández, 2012).

Conclusiones

Se estableció que a partir de una formulación producida a partir de materias primas andinas como la quinua, el amaranto y el sagú, es posible desarrollar una formulación alimentaria como suplemento, con propiedades nutricionales, digestivas y energéticas y un comportamiento reológico característico de fluidos pseudoplásticos, siendo un parámetro de calidad de los alimentos.

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1 Artículo derivado del proyecto de investigación denominado: Desarrollo de una formulación nutricional a base de quinua, amaranto y sagú, fortificada con antioxidantes provenientes de la mora, procedente del grupo del Grupo de Investigación para el Desarrollo Agroindustrial (GIDA) de la Universidad La Gran Colombia, cuya financiación fue realizada por la Universidad La Gran Colombia Seccional Armenia y el Sena Agroindustrial Regional del Quindío.


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