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U J E D
FAC
ULTAD
DECIENCIAS QU
IMIC
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UNIVERSIDAUNIVERSIDAUNIVERSIDAUNIVERSIDADDDD JUÁREZ DEL ESTADO DE DURANGO JUÁREZ DEL ESTADO DE DURANGO JUÁREZ DEL ESTADO DE DURANGO JUÁREZ DEL ESTADO DE DURANGO
FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICASFACULTAD DE CIENCIAS QUIMICASFACULTAD DE CIENCIAS QUIMICASFACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS
“DESARROLLO DE UN CEREAL PARA DESAYUNO A PARTIR DE MEZCLAS
MAIZ-FRIJOL POR EXTRUSION”
POR:
RICARDO DANIEL GRACIA VALENZUELA
TESIS
Presentada como Requisito Parcial para Obtener El Titulo De:
QUIMICO FARMACEUTICO BIOLOGO.
DURANGO, DGO. MÉXICO DICIEMBRE 2010
UNIVERSIDAUNIVERSIDAUNIVERSIDAUNIVERSIDADDDD JUÁREZ DEL ESTADO DE DURANGO JUÁREZ DEL ESTADO DE DURANGO JUÁREZ DEL ESTADO DE DURANGO JUÁREZ DEL ESTADO DE DURANGO
FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICASFACULTAD DE CIENCIAS QUIMICASFACULTAD DE CIENCIAS QUIMICASFACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS
“DESARROLLO DE UN CEREAL PARA DESAYUNO A PARTIR DE MEZCLAS
MAIZ-FRIJOL POR EXTRUSION”
T E S IS
Por:
RICARDO DANIEL GRACIA VALENZUELA
Que somete a consideración del H. Jurado Examinador como Requisito Parcial para Obtener el
Titulo de:
“QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO”“QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO”“QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO”“QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO”
M. C. PATRICIA IRAIS GONZÁLEZ CARRANZA
PRESIDENTE
M. C. MARTHA ELIA MUÑOZ MARTÍNEZ M. C. MA. DEL SOCORRO VÁZQUEZ
MENDIETA
SECRETARIO VOCAL
D. C. IRMA DIAZ UNZUETA
SUPLENTE
M. C. OSCAR HOMERO VELASCO GONZÁLEZ
ASESOR EXTERNO Y DIRECTOR DE TESIS
CIIDIR – IPN UNIDAD DURANGO
Lugar de Realización
I
AGRADECIMIENTOS.
A Dios por haber forjado la persona que ahora soy, porque sin Él no hubiese llegado hasta aquí.
Al M.C. Oscar H. Velasco González , por admitirme en el proyecto y por la paciencia que como un gran maestro tuvo, para orientarme e instruirme, ya que de no haber sido así, no hubiese finalizado con éxito este trabajo.
Al CIIDIR-IPN Unidad Durango , por haberme permitido realizar este trabajo de tesis en este centro y haberme brindado el apoyo y las facilidades para concluir con éxito el mismo.
Al Ing. Arnulfo Pajarito Rabelero investigador del INIFAP por haber facilitado el frijol, materia prima sin la cual no hubiese podido realizar el trabajo.
Al Lic. Juan José Gil Arizpe , propietario de Molinos Especias y Pinole Don Gil, por haber facilitado el molino para realizar la molienda de los granos, pero sobre todo por el breve pero fructuoso tiempo dedicado a instruirme en el proceso.
A mi buen amigo el D.C. Fernando Blanco Castañeda , por haberse tomado el tiempo de manera desinteresada en ayudarme a solucionar problemas que se presentaron durante la realización de esta tesis.
A la Facultad de Ciencias Químicas y a la UJED, mi alma mater.
II
DEDICATORIA
Existe un proverbio que dice que “se necesita una aldea entera para criar un
niño” , por eso le quiero dedicar este trabajo a todas y cada una de las personas
con las que me he cruzado en la vida, sin duda, cada una dejo algo bueno de si
en mí, pero quisiera extender esta dedicatoria a en especial a aquellos maestros
cuya relación a trascendido mas allá derivando en buenas amistades, porque sin
familia y amigos, todos los logros no representarían nada, ustedes le dan sentido
a cada paso dado y sabor a la vida.
Mi querido amigo el T.U.M. Jorge Luis Hernández Rosas , muy estimado “Liga”,
además de enseñarme a salvar vidas, reforzó en mi el sentimiento de Humanidad
al haberme permitido asistir a Haití, en apoyo a las víctimas del Terremoto de
enero del 2010.
A todos los químicos del laboratorio de servicios periciales de la Fiscalía General
de Justicia del Estado, y en especial por haberme abierto las puertas al Q.F.B.
Héctor Salvador Rocha Flores sépase que le apreció como un amigo,
sintiéndome identificado con él cuando pude conocerle un poco más.
A la M.C. Teresa Pérez Gavilán Robles , mi muy estimada “comadre”, nunca
imaginamos que seriemos amigos luego de un choque y la adopción de una
perra, aquello fue un evento curioso e invaluable.
Para mi asesor y amigo el M.C. Oscar H. Velasco González , por haberme
apoyado y creído en mí a pesar de los problemas que se presentaron durante la
realización de este trabajo, pero sobre todo por la confianza y la preocupación
hacia un servidor.
A mi familia , por empujar tan fuerte para que me realizara como un hombre de
bien, soy un reflejo de su educación y amor.
Para mis así conocidos “borrachos” , si bien la educación en la escuela es el pilar
de todos estos logros, su amistad me enseño que independientemente de los
éxitos o fracasos, siempre estarán allí para levantarme, reír y llorar conmigo,
III
reiterándoles en esta dedicatoria mi agradecimiento por todas las aventuras que
juntos vivimos en la universidad.
"...todos los días hay que luchar porque ese amor a la
humanidad viviente se transforme en hechos concretos, en actos
que sirvan de ejemplo…”
Dr. Ernesto Guevara de La Serna.
IV
RESUMEN
El uso de sémolas de maíz en la elaboración de productos expandidos está
ampliamente difundido, sin embargo, estos productos aportan únicamente
calorías a la dieta, razón por la cual, son denominados productos chatarra, por lo
que existe interés en incorporar leguminosas, para incrementar la calidad
nutrimental ya que constituyen una opción sana y sabia en la alimentación
contemporánea, tanto desde el punto de vista nutricional como nutraceutico pues
además de ser una excelente fuente de proteína vegetal, son ricas en fibra y
tienen cantidades importantes de hierro, micronutrientes, vitamina B1 y aportan
ácido fólico. Así, contribuyen de forma clave a la salud de las comunidades pues
su consumo es muy importante entre la población de bajos ingresos ya que puede
ayudar a reducir la desnutrición proteica y calórica. Adicionalmente, las legumbres
son de bajo costo y de una enorme versatilidad culinaria, de tal manera se ofrece
alternativas novedosas, a partir de mezclas de maíz y frijol, por el proceso de
extrusión-cocción, tecnología que han sido utilizada para elaborar alimentos
precocidos, desde hace décadas.
Esta propuesta se basa en dos
aspectos importantes: el
nutricional y la diversidad de
texturas; la primera de ellas se
logra por la mezcla de harina de
maíz y frijol, mientras que la
segunda se logra a través del
proceso de esta mezcla mediante
la extrusión-cocción para elaborar
un cereal para desayuno.
En el presente trabajo que fue desarrollado bajo la dirección del M.C. Oscar
Homero Velasco González en el Centro Interdisciplinario de Investigación para el
Desarrollo Integral Regional del Instituto Politécnico Nacional Unidad Durango,
con el numero de proyecto SIP 20101364, se cubren ambos aspectos de la
V
propuesta mediante la elaboración de dicho cereal mezclando ambas harinas en
una proporción 70%-30%, procesándolas mediante extrusión-cocción para
elaborar el producto.
El cereal para desayuno fue endulzado y adicionado con saborizante para lo cual
se realizo un modelo experimental que tendría como resultado once
formulaciones usando un diseño de superficie de respuesta que tiene como
variables explicativas el contenido de azúcar y saborizante.
Se realizaron pruebas de aceptación para determinar cuál de estas formulaciones
sería la más aceptada entre los consumidores utilizando un grupo de 20 jueces
semi-entrenados quienes participaron en la degustación de once formulaciones
para posteriormente responder un cuestionario donde se plasmo cual fue su nivel
de agrado; el análisis estadístico de estas pruebas permitió optimizar las
cantidades de sacarosa y saborizante para elaborar una formulación más
aceptada para su consumo.
VI
ÍNDICE
Agradecimientos……………………………………………………………………I
Dedicatoria……………………………………………………………………........II
Resumen…………………………………………………………………………...IV
Índice……………………………………………………………………………….VI
Índice de tablas….………………………………………………………..VII
Índice de Histogramas…………………………………………….........VIII
Índice de Ilustraciones…………………………………………………...IX
Introducción…………………………………………………………………………1
Revisión de literatura………………………………………………………………5
Frijol………………………………………………………………………….5
Producción de frijol………………………………………………………..12
Maíz………………………………………………………………………....17
Extrusión……………………………………………………………………21
Cereales para desayuno………………………………………………….24
Objetivo…………………………………………………………………………….29
Hipótesis……………………………………………………………………………29
Materiales y métodos……………………………………………………………..30
Molienda…………………………………………………………………....30
Preparación de la Mezcla………………………………………………...31
Extrusión…………………………………………………………………...31
Adición de sacarosa y saborizante………………………….…………..32
Pruebas de aceptación…………………………………………………...32
Resultados y discusión…………………………………………………………..35
Conclusiones……………………………………………………………………...63
Literatura citada…………………………………………………………………..65
VII
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Componentes nutritivos de diferentes tipos de frijol y maíz.
11
Tabla 2 superficie agrícola cosechada por entidad federativa años agrícolas 2006 y 2007.
14
Tabla 3 Volumen de la producción agrícola por entidad federativa.
14
Tabla 4 Valor nutrimental del maíz.
18
Tabla 5 Comparativa de tablas nutrimentales de diferentes marcas de cereal en el mercado.
27
Tabla 6 Formulaciones obtenidas mediante diseño central compuesto
32
Tabla 7 Resumen de los valores superiores representados en los histogramas para cada criterio evaluado.
62
VIII
INDICE DE HISTOGRAMAS
Sabor …………………………………………………………………………..
37-40
Color …………………………………………………………………………... 42-46
Contenido de azúcar ………………………………..........................................................
48-51
Contenido de sal…………………………………….........................................................
53-56
Textura …………………………………………………...............................
58-61
IX
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1 Desayunos escolares DIF Estatal Durango
2
Ilustración 2 Cultivo del maíz, frijol y amaranto.
5
Ilustración 3 Ubicación geográfica de los principales hallazgos del fríjol común (Phaseolus vulgaris L.) y años de antigüedad
7
Ilustración 4 “La planta de frijol”
9
Ilustración 5 Partes de la semilla del frijol
9
Ilustración 6 Distribución por temporada de la producción de frijol.
13
Ilustración 7 Consumo aparente de frijol (miles de toneladas).
15
Ilustración 8 Consumo de frijol en México (kg/persona).
16
Ilustración 9 Corte longitudinal de una semilla de Maíz.
19
Ilustración 10 Esquema de un extrusor típico. 23
X
Ilustración 11 alimentación del molino de martillos
30
Ilustración 12 producto final de los granos después de la molienda
30
Ilustración 13 Secado de la mezcla
31
Ilustración 14 Producto expandido pasando por el dado de salida.
31
Ilustración 15 Encuesta aplicada durante las pruebas de aceptación
34
Ilustración 16 grafica tridimensional de la superficie de respuesta de sabor en función de la concentración de azúcar
36
Ilustración 17 grafica tridimensional de la superficie de respuesta de sabor en función de la concentración de azúcar
41
Ilustración 18 grafica tridimensional de la superficie de respuesta de contenido de azúcar en función de la concentración de azúcar
47
Ilustración 19 grafica tridimensional de la superficie de respuesta de contenido de sal en función de la concentración de azúcar
52
XI
Ilustración 20 grafica tridimensional de la superficie de respuesta de textura en función de la concentración de azúcar
57
Facultad de Ciencias Químicas |UJED 1
INTRODUCCION
Hace décadas en las zonas rurales realizaban un desayuno poco abundante
antes de comenzar las tareas del campo, pero el almuerzo completaba entonces
la necesidad del organismo de nutrientes como un alimento que se ingería entre
el desayuno y la comida; hoy, sin embargo, muchas personas consideran que han
desayunado tras haber tomado únicamente café, jugo o galletas, lo que dista de
las recomendaciones de una dieta equilibrada. Además, el almuerzo, ha
desaparecido en la alimentación diaria debido a los rígidos horarios laborales, por
lo que el desayuno se convierte en el único aliado para afrontar el día. 1
Entre la población infantil y juvenil, son cada vez más los niños y jóvenes que, por
prisas o por somnolencia, no desayunan antes de ir a la escuela, solamente un
pequeño grupo toman un desayuno saludable. 2
Dado que el desayuno es una de las principales comidas del día y debería cubrir
el 25% de las necesidades nutritivas, su omisión o la ingesta de un desayuno
insuficiente o deficiente, puede repercutir en las actividades físicas e intelectuales
de los adolescentes como disminución de la atención y del rendimiento
académico, especialmente en las primeras horas de clase. En los últimos años se
han realizado diferentes estudios sobre la influencia de la calidad del desayuno o
de su omisión en el rendimiento cognitivo y académico, ya que parece que la
función cerebral es sensible a variaciones, a corto plazo, en la variabilidad del
aporte de nutrientes.2
México tiene una larga historia de implementación de programas y políticas,
orientadas a mejorar la nutrición de grupos vulnerables. A pesar de ello, la
desnutrición sigue constituyendo uno de los retos de salud pública más
importantes.3
Estas políticas alimentarias han formado parte de los programas de desarrollo y
han respondido a coyunturas de tipo ambiental, económico y político.
2 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
A diferencia de las políticas relacionadas
con la producción de alimentos, cuyos
indicadores giran en torno a los bienes de
consumo (Distribución, volumen
producido, ahorro generado, etc.), las
políticas y programas relacionados con el
consumo de alimentos tienen un efecto
más directo sobre el estado nutricional y
las pautas de consumo.3
En México, desde 1929 se aplican programas de ayuda alimentaria por parte del
gobierno a grupos vulnerables. El Sistema Nacional para el Desarrollo Integral de
la Familia (DIF), proporciona desayuno a niños a través del Programa de
Raciones Alimentarias (Tal como se muestra en la ilustración 1)4, de los cuales en
Durango se entregaron durante el 2009 en 1,815 escuelas primarias del estado
más de 120 mil raciones.5
Sin embargo, los desayunos escolares que reparte diariamente el DIF nacional a
los 5.6 millones de niños que viven en zonas de alta y media marginación no han
servido para abatir la desnutrición que se padece en estos lugares, porque están
hechos con alimentos que no proporcionan una adecuada calidad nutricional. Más
que un desayuno, son un refrigerio, que si bien ayuda a la alimentación, no
combate la desnutrición, de acuerdo con una investigación del Instituto Nacional
de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán.6
En este sentido, nutriólogos de diversas entidades del país, coinciden con los
resultados del estudio del Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición,
señalan que no son desayunos ideales, ya que están enriquecidos con
demasiados carbohidratos y grasas saturadas. Este hecho, adquiere relevancia si
se toma en cuenta que 30 por ciento de los niños mexicanos que viven en zonas
indígenas y rurales están desnutridos, mientras que en el medio urbano este
porcentaje se ubica en siete por ciento, por lo que este mal continúa siendo un
problema grave de salud pública, que además de que reducen su capacidad
Ilustración 1 Desayunos escolares DIF Estatal Durango
Facultad de Ciencias Químicas |UJED 3
física y mental, presentan deficiencia inmunológica; lo que repercute en que
tengan mayor cantidad de infecciones y padecimientos.6
Las leguminosas constituyen una opción sana y sabia en la alimentación
contemporánea, tanto desde el punto de vista nutricional como nutraceutico.
Además de ser una excelente fuente de proteína vegetal, son ricas en fibra y
tienen cantidades importantes de hierro, micronutrientes, vitamina B1 y aportan
ácido fólico. Así, contribuyen de forma clave a la salud de las comunidades.
Adicionalmente, las legumbres son de bajo costo y de una enorme versatilidad
culinaria.7
Sus consumo es muy importante entre la población de bajos ingresos ya que
puede ayudar a reducir la desnutrición proteica y calórica.8
El consumo de frijol (Phaseolus vulgaris) aporta cantidades significativas de hierro,
zinc, calcio y cobre, genera un decremento en el colesterol; como las leguminosas
en general, es fuente de carbohidratos complejos de lenta digestión y de bajo
índice glucemico. Reduce el riesgo de cáncer de colon hasta en un 50%. Estudios
epidemiológicos encuentran menor mortalidad por cáncer de la próstata y de la
mama en poblaciones que consumen frijol por lo que además de ser una
excelente fuente de proteínas, su consumo está asociado con una reducción en
algunas enfermedades crónicas. 9.
El presente trabajo, considera incorporar esta leguminosa a productos expandidos
que tradicionalmente son elaborados a base de sémolas de maíz para mejorar las
propiedades nutricionales, lo que permitirá ofrecer variedad y novedad al principal
producto agrícola del Estado, el “frijol”, lo anterior se realizará a partir de mezclas
de maíz-frijol, procesadas mediante extrusión-cocción, tecnología que ha sido
utilizada para elaborar alimentos precocidos, desde hace décadas. Se considera:
mejoras nutricionales y el uso de las características intrínsecas de los alimentos
ricos en fibra y que contienen carbohidratos, que favorecen el desarrollo de la
microbiota intestinal, aprovechando la diversidad de texturas y formulaciones que
pueden ser obtenidas por este proceso. La extrusión ahora se considera la
tecnología más apropiada para producir una gran variedad de productos cuyo
ingrediente principal está constituido por almidones. Las harinas de cereales y
4 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
granos molidos, son las principales materias primas para la producción de
botanas expandidas y harinas pre-cocidas10.
El producto desarrollado aporta 35% más proteínas que el cereal comercial, con
un score químico de estas semejante al perfil de aminoácidos recomendado por
la FAO, el contenido de fibra dietaría superior en un 400% y su aporte energético
es semejante de los cereales comerciales.11
El reto actual del Sistema Producto Frijol, es incrementar el consumo nacional
difundiendo las bondades del producto, para lograr este objetivo se ha
desarrollado, en el CIIDIR IPN DURANGO, la tecnología para la producción de
botanas y, en este trabajo, la de cereales para desayuno de harina de frijol.
Facultad de Ciencias Químicas |UJED 5
REVISION DE LITERATURA
Frijol.
El fríjol (Phaseolus Sp.) Originario del continente americano se cultiva en la
actualidad en todo el mundo. El nombre de la planta designa también a la semilla
conocida en los distintos países de habla hispana por el nombre de fríjol, judía,
poroto, caraota, habichuela y otros, y es un alimento muy apreciado por su
elevado contenido proteínico. En Latinoamérica constituye uno de los alimentos
básicos y es apreciado por todos los grupos sociales, formando parte de
numerosos platos típicos de gran consumo. La especie más utilizada, Phaseolus
vulgaris, incluye un gran número de variedades12.
La palabra “fríjol” es una deformación del español antiguo “frisol”. Este viene del
Catalán, “fesol” y esté viene del latín Phaseolus (su nombre científico). Phaselos,
que es una clase de legumbre.13
Se argumenta que al principio del siglo XVI, durante la Conquista española,
fueron los españoles quienes llevaron a Europa las primeras semillas de fríjol.
Años después el producto es distribuido por comerciantes portugueses en la
región de África Oriental, a partir de donde los árabes, que mercadeaban con
esclavos, se encargaron de diseminarlo a todo el territorio africano14.
El códice florentino (ver ilustración 2)
hace referencia al igual que Bernardino
de Sahagún, en su obra Historia
general de las cosas de la Nueva
España, de las diversas formas en las
que se consume y almacena el fríjol, al
igual que otros productos cultivados
Ilustración 2 Cultivo de maíz, fríjol y amaranto. Fuente: Códice Florentino. Museo de Historia Natural y Cultura Ambiental Cd. De México [en línea].
6 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
por los indígenas de la Nueva España, por tanto esta leguminosa ya formaba
parte vital de la cultura alimenticia de los nativos mezclándolos por ejemplo con la
masa de los tamales blancos14.
Su consumo y relación alimenticia que tenía con el maíz sugiere un amplio
conocimiento de los beneficios que proporcionan, aun cuando no alcanzaban su
grado de madurez. Si bien no se explican de manera amplia las propiedades
nutritivas de los productos, sí se confirma la gran experiencia adquirida en la
producción y consumo, eso sin mencionar la asociación con su cultura e
identidad: «Usaban también comer unas semillas, que tenían por fruta: una se
llama xílotl, que quiere decir mazorcas tiernas comestibles y cocidas, otra se
llama élotl, también mazorcas ya hechas, tiernas y cocidas. Éxotl quiere decir
frijoles cocidos en sus vainas»14.
En México existen evidencias arqueológicas de distintas especies de fríjol, como
en Coaxcatlán Puebla, que permiten ubicar su origen hasta de 6000 años. Los
primeros datos ubicaban el origen del frijol en Ocampo, Tamaulipas., entre 4300 a
6000 a.C. También se ha reportado su presencia en la cueva de Tularosa, USA,
2300 a.C.; en Basketmaker, USA, 1500 a.C.; en Rio Zape Durango, se han
reportado granos con una antigüedad de 1300 años; Snaketown 1000 a.C.12,
mientras que Engleman (1991) y más recientemente Reyes-Rivas (2008) señalan
antecedentes en Mesoamérica que se remontan a más de 8,000 años14, en la
ilustración 3 se muestran las zonas donde se han realizado dichos hallazgos.
Facultad de Ciencias Químicas |UJED 7
El frijol es una planta de temporada, anual, de rápido crecimiento; a continuación
se presenta su morfología y taxonomía como lo describe Hernández (2008).
Sistema radicular: es muy ligero y poco profundo y está constituido por una raíz
principal y gran número de raíces secundarias con elevado grado de ramificación.
Tallo principal: es herbáceo. En variedades enanas presenta un porte erguido y
una altura aproximada de 30 a 40 centímetros, mientras que en las judías de
enrame alcanza una altura de 2 a 3 metros, siendo voluble y dextrógiro (se enrolla
alrededor de un soporte o tutor en sentido contrario a las agujas el reloj).
Hoja: sencilla, lanceolada y acuminada, de tamaño variable según la variedad.
Ilustración 3 Ubicación geográfica de los principales hallazgos del fríjol común (Phaseolus vulgaris L.) y años de antigüedad Fuente: Reyes-Rivas 2008.
8 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Flor: puede presentar diversos colores, únicos para cada variedad, aunque en las
variedades más importantes la flor es blanca. Las flores se presentan en racimos
en número de 4 a 8, cuyos pedúnculos nacen en las axilas de las hojas o en las
terminales de algunos tallos.
Fruto: legumbre de color, forma y dimensiones variables, en cuyo interior se
disponen de 4 a 6 semillas. Existen frutos de color verde, amarillo jaspeado de
marrón o rojo sobre verde, etc., En estado avanzado, las paredes de la vaina o
cáscara se refuerzan por tejidos fibrosos.
La semilla se caracteriza por tener varias estructuras tanto internas como
externas, las primeras son:
Testa: parte fuerte de la semilla y parcialmente impermeable al agua, impide la
evaporación excesiva de agua de las partes internas de la semilla e impide la
entrada de parásitos.
Hilio o hilium: es una cicatriz que queda al separarse la semilla de su tallo
(funículo).
Micrópilo: es un pequeño poro cercano al hilio y a través de este se realiza la
absorción de agua.
Rafe: es un bordo en la semilla producido por el encorvamiento contra en funículo.
Embrión. El embrión, o planta en miniatura de la semilla, está formado por el
cotiledón, el epicotilo y el hipocotilo.
Cotiledón: son las hojas de la semilla. Epicotilo: parte del eje embrionario que
queda arriba de su punto de unión con los cotiledones
Hipocotilo: queda debajo de su punto de unión con los cotiledones. Al germinar la
semilla; las células meristemáticas del hipocotilo se desarrollan para formar la
raíz primaria. La punta del hipocotilo en crecimiento es la radícula.
Facultad de Ciencias Químicas |UJED 9
En las ilustraciones 4 y 5 de la siguiente página se plasma en detalle las partes de
la planta y de la semilla respectivamente.
Ilustración 4 “La planta de frijol” arriba izq.: Planta de frijol en sus diferentes etapas de desarrollo. Arriba der: Fruto (legumbre en forma de vaina). Abajo izq.: Hoja. Abajo der.: Tallo y flor jóvenes.
Ilustración 5 Partes de la semilla del frijol
Testa (cubierta de la semilla)
Cresta
Hilio
10 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Taxonomía.
Familia: Leguminoseae.
Subfamilia: Papilionoidene.
Tribu: Phaseolae.
Subtribu: Phascolinae,
Género: Phaseolus.
Especie: Phaseolus vulgaris L
Por su alto contenido en proteínas, se evidencian, de cierta forma, las razones del
por qué las culturas mesoamericanas, desde tiempos inmemoriales basaron su
alimentación en el fríjol y el maíz, al igual que la razón del por qué en la actualidad
continúan siendo complementos básicos entre la población de Mesoamérica16.
Mientras las gramíneas de grano comestible, como el maíz, carecen de
aminoácidos como lisina y triptófano indispensables en la actividad orgánica del
ser humano, el fríjol los tiene en altas proporciones. La composición química de
esta especie es muy similar entre sus diferentes variedades en relación al
contenido de proteínas (22.3%), fibra cruda (6.0%) y carbohidratos (52.4%); 17 por
ejemplo, en 100 g de harina de fríjol, es posible obtener la cantidad de
aminoácidos que una persona adulta requiere para su dieta diaria.16 En la tabla 1,
se puede apreciar como la variación de nutrientes entre diferentes variedades de
frijol es mínima mientras que en el maíz estas diferencias son importantes.
Se ha determinado que el fríjol no sólo suministra proteínas y carbohidratos,
también tiene cantidades importantes de vitaminas y minerales. Se ha descubierto
que con la ingesta diaria de 70.5 g de fríjol negro se puede obtener un 134%
(0.447 mg) de ácido fólico; 19.1% (4.82 mg) de hierro; 35.5% (195.6 mg) de
magnesio y 15.9% (3.96 mg) de zinc18. En el mismo sentido otros estudios
destacan la presencia de antocianinas, indispensables en la prevención de
enfermedades, entre ellas el cáncer de colon y las inflamaciones intestinales19.
Facultad de Ciencias Químicas |UJED 11
Estudios sobre la composición química de diferentes especies de Phaseolus han
demostrado que la composición química es muy similar entre semillas estudiadas,
con los valores promedios siguientes: humedad, 14.5%; proteína, 22.3%; fibra
cruda, 6.0%, y carbohidratos, 54.4%.20
Para el presente trabajo se ha elegido la variedad de frijol “pinto Saltillo” la cual es
una variedad mejorada que surge en el Instituto Nacional de Investigaciones
Forestales Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), liberada comercialmente en
septiembre 21 de 2001 en el estado de Coahuila y que se cultiva actualmente en
el estado de Durango. Tiene propiedades que lo hacen rentable para los
agricultores, como: una mayor tolerancia a la sequía, plagas y enfermedades;
menor oxidación del grano en almacén; un alto potencial en producción; menor
tiempo de cocimiento; ciclo vegetativo de 90 a 120 días; amplios rangos climáticos
y de adaptación al suelo17.
TABLA 1. Componentes nutritivos de diferentes tipos de frijol y maíz.
12 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Este tipo de frijol supera en un 100 y en un 90 por ciento la producción por
hectárea en superficies de riego y temporal, respectivamente.17
Producción de Frijol.
Para México, el frijol es un producto estratégico en el desarrollo rural del país,
debido a que conjuntamente con el maíz, representa toda una tradición productiva
y de consumo, cumpliendo diversas funciones de carácter alimentario y
socioeconómico que le han permitido trascender hasta la actualidad.18
El frijol a lo largo de la historia de México, se ha convertido no sólo en un alimento
tradicional, sino también en un elemento de identificación cultural, comparable con
otros productos como el maíz y el chile, que son básicos para explicar la dieta
alimentaria de los Mexicanos.18
El frijol es un cultivo estratégico ya que ocupa el segundo lugar en superficie a
nivel nacional, con un promedio de 1.85 millones de hectáreas y una producción
es de 1.31 millones de toneladas, con un valor de 7.5 mil millones de pesos al
2004 según SAGARPA.19
La actividad productiva del frijol constituye una de las más relevantes del estado
de Durango debido a que es fuente importante de empleo e ingreso de un amplio
sector de la población rural.12
Como producto agrícola de importancia, el frijol es el segundo cultivo con mayor
superficie sembrada, además de ser la principal fuente de proteínas en la
alimentación de los estratos sociales de bajos ingresos de la ciudad y el campo. 12
Los principales estados productores de frijol desde 1994 son Zacatecas, Sinaloa y
Durango, los cuales aportan el 54.2% de la producción. (Ver tablas 2 y 3).
Zacatecas y Durango producen en promedio el 55.9% del volumen total del ciclo
Primavera-Verano, mientras que Sinaloa concentra el 49.1% de la producción en
el ciclo otoño-invierno, en la ilustración 6 se muestran en color rojo el ciclo Otoño-
invierno y rojo para el ciclo primavera-verano.
Facultad de Ciencias Químicas |UJED 13
La superficie agrícola cosechada en México para el frijol hacia el 2007 era de
1’489,241 hectáreas posicionando a Durango en el segundo lugar nacional con
202,175 hectáreas, superado tan solo por Zacatecas21 (ver tabla 2). Sin embargo
esto representa casi 90.000 hectáreas menos que las que se producían en la
década de los 90 y que hasta el 2001 se mantuvieron en un promedio de 300,000
ha.12
Ilustración 6 Distribución por temporada de la producción de frijol. Fuente: Tratado de Libre Comercio, Sector Agroalimentario.
14 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
TABLA 2 Superficie cosechada por entidad federativa.
TABLA 3 Volumen de la producción agrícola
por entidad
Año agrícola 2006 Entidad
Federativa Frijol Maíz
Durango 243434 188816
Sinaloa 119686 492685
Zacatecas 593370 284341
Año agrícola 2007 Entidad
Federativa Frijol Maíz
Durango 202175 167948
Sinaloa 79122 585670
Zacatecas 460112 254957
Año agrícola 2006 Entidad
Federativa Frijol Maíz
Durango 199404 342149
Sinaloa 180201 4398420
Zacatecas 424180 403365
Año agrícola 2007 Entidad
Federativa Frijol Maíz
Durango 109433 290317
Sinaloa 139787 5132809
Zacatecas 237128 381899
Mientras que en cuanto a volumen de producción en nuestro país se produjeron
993,953 toneladas de frijol de las cuales Durango aporto 109,433 (tabla 3)
teniendo una disminución de poco mas de 900 toneladas desde los años 90 e
inicios de la presente década según el anuario de estadístico por entidad
federativa 2009.
La tendencia a la disminución en la producción de frijol en el Estado se encuentra
vinculada al mismo fenómeno alrededor del País donde ha bajado alrededor del
30% desde el 2005. El descenso se atribuye al dinamismo de las mujeres, ya
que las condiciones económicas del país han hecho que la mujer se tenga que
incorporar con mayor contundencia a la fuerza laboral abarcando horarios más
extensos, dejándoles poco tiempo de cocinar en su casa y que ahora recurren a
comidas rápidas.22
Se ha demostrado que existen diferencias significativas de consumo de frijol entre
la Comarca Lagunera y la ciudad de Durango, así como también entre el nivel de
percepción salarial y el nivel de estudios; siendo diferente el consumo per cápita
de 14.56 kg/año en la ciudad de Durango y de 18.58 kg/año en la Comarca
Lagunera. El análisis estadístico del consumo per-cápita en la Comarca Lagunera
permite conformar tres grupos, el de mayor ingreso y más bajo consumo de 14.11
kg año, un segundo grupo integrado por los que perciben entre 4-6 salarios y el
Facultad de Ciencias Químicas |UJED 15
grupo entre 7-10 salarios, el primero de ellos con un consumo de 18.20 kg año y
el segundo con un consumo de 21.10 kg año.23
Otro factor importante es que al entrar en vigor el Tratado de Libre Comercio de
América del Norte, se redujo el consumo de frijol, debido al cambio en
preferencias de los consumidores por productos de mayor facilidad en el consumo
(alimentos preparados), la sustitución de la proteína de origen vegetal por
proteína animal y el incremento en las importaciones de frijol de Estados Unidos
que representan el 7.6% del consumo total en el país24, las cuales se espera que
aumenten, debido a la alta productividad de frijol en Estados Unidos que aunado a
los altos subsidios que reciben, les permite ofrecer mejores precios
internacionales; además hay que agregar que en el 2008 el frijol quedo sin el
arancel-cupo que había mantenido.19
En 1990, cada mexicano comía en promedio 18 kilos 900 gramos de frijoles al
año; ahora cada uno come sólo 11 kilos 900 gramos al año. Eso indica que ahora
cada persona come 7 kilos menos.24
Existe en la actualidad una preocupación por parte de diferentes organismos por
implementar estrategias que alienten al consumo del frijol por ejemplo la
Secretaría de Agricultura considera necesario detonar el programa de promoción
al consumo para poder luego retomar el camino del incremento en la producción,
fortaleciendo la producción sólo en las áreas con potencial productivo y
Ilustración 7 Consumo aparente de frijol (miles de toneladas).
16 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
reconvirtiendo las de bajo potencial; 24
investigadores del CIIDIR IPN DURANGO
considera que se deben implementar
estrategias tecnológicas que permitan elevar
la calidad y cantidad del grano, a través de
distintos programas de apoyo a las prácticas
agrícolas que requiere el cultivo, así como la
calidad del grano a través de la selección de
líneas mejor adaptadas a la región y con mayor
calidad nutrimental.12
Los retos que plantea SAGARPA para mejorar la producción y consumo del frijol23
son:
• Fortalecer la organización productiva y la integración del Sistema-Producto
Frijol.
• Promover la integración de las unidades productivas para mejorar los
costos en la compra de insumos y mayor poder para la venta de productos.
• Incrementar la productividad a través del uso de semilla mejorada,
paquetes tecnológicos, capacitación y asistencia técnica.
• Promover el ordenamiento de la producción de acuerdo a las demandas
regionales.
• Modernizar el campo mediante la inversión en maquinaria y equipo.
• Promover el acceso a insumos y servicios a precios competitivos
(energéticos agropecuarios, financiamiento, fertilizantes, etc.).
• Fortalecer la generación, difusión y transferencia de tecnología.
Ilustración 8 Consumo de frijol en México (Kg/persona/año). SIAP-SAGARPA. Fuente: Tratado de Libre Comercio, Sector Agroalimentario Enero 2008.
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 17
Maíz
Es posible que la agricultura en Mesoamérica se haya originado con la
domesticación del maíz este es un cereal nativo de América, cuyo centro original
de domesticación fue Mesoamérica, desde donde se difundió hacia todo el
continente. No hay un acuerdo sobre cuándo se empezó a domesticar el maíz,
pero los indígenas mexicanos dicen que esta planta representa, para ellos, diez
mil años de cultura.25
El nombre maíz, con que se lo conoce en el mundo de habla española, proviene
de mahís, una palabra del idioma taíno, que hablaban pueblos indígenas de
Cuba, donde los europeos tuvieron su primer encuentro con este cultivo. En maya
el nombre de este cereal es x-im o xiim, y a las mazorcas se las denomina naal.
En quechua se llama sara.25
El Popol Vuh, menciona un lugar específico como la cuna del maíz, denominado
Paxil-Tlalocan que, literalmente significa “tierra fértil” o “paraíso terrenal”. Está
ubicado en la parte central del Estado de Veracruz, cerca de la población de
Misantla, en la región donde la elevada crestería de la sierra de Teziutlán se
desploma hacia el mar.25
Debido a su productividad y adaptabilidad, el cultivo del maíz se ha extendido
rápidamente a lo largo de todo el planeta después de que los españoles y otros
europeos exportaran la planta desde América durante los siglos XVI y XVII. El
maíz es actualmente cultivado en la mayoría de los países del mundo y es la
tercera cosecha en importancia (después del trigo y el arroz). Al momento, los
principales productores de maíz son Estados Unidos, la República Popular de
China y Brasil.25
Independientemente de su uso industrial, el maíz constituye un componente
importante de la vida de los pueblos de América.
Por ser el sustento de la dieta alimenticia de los pueblos indígenas y mestizos de
nuestro continente, este cultivo ha dado lugar a una serie de sistemas agrícolas
muy variados.25
18 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Como se puede observar en la tabla 4 el maíz es abundante en carbohidratos,
tiene también proteínas y al mezclarlo con frijol suministra prácticamente todas
las vitaminas necesarias para el hombre, integrando una nutrición muy completa y
balanceada25 (ver tablas 1 y 4).
Los granos de maíz están constituidos principalmente de tres partes: la cascarilla,
el endospermo y el germen. La cascarilla o pericarpio es la piel externa o cubierta
del grano, que sirve como elemento protector.
El endospermo, es la reserva energética del grano y ocupa hasta el 80% del peso
del grano. Contiene aproximadamente el 90% de almidón y el 9% de proteína, y
pequeñas cantidades de aceites, minerales y elementos traza. El germen contiene
una pequeña planta en miniatura, además de grandes cantidades de energía en
forma de aceite, que tiene la función de nutrir a la planta cuando comienza el
Nutrimento Unidad Maíz
Blanco Maíz
Amarillo Maíz
Palomero
Energía Kcal 365 365 375
Humedad % 10.6 10.8 7
Fibra dietética g 3.2 3.2 3.2
Carbohidratos g 74.26 74.26 71
Proteínas g 9.42 9.42 12.2
Lípidos totales g 4.74 4.74 4.6
Calcio mg 159 159 17
Fosforo mg 228 235 -
Hierro mg 2.7 2.7 1.8
Magnesio mg 147 147 147
Sodio mg 1 1 1
Potasio mg 2.84 2.84 2.84
Cinc mg 2.21 2.21 1.9
Vitamina A - 11 4.5
Tiamina mg 0.36 0.34 0.6
Riboflavina mg 0.05 0.08 0.14
Niacina mg 1.9 1.6 2.6
Piridoxina mg 0.62 0.62 -
Acido Fólico - 19 -
TABLA 4 Valor nutrimental de algunas variedades de maíz
Fuente: Bromatología Composición y propiedades de los alimentos. Mc Graw Hill. 2010.
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 19
período de crecimiento, así como otras muchas sustancias necesarias durante el
proceso de germinación y desarrollo de la planta.25
Si realizamos un corte longitudinal (ver ilustración 9) de un grano podremos
distinguir las zonas de la semilla bien diferenciadas: la fécula, que es el
constituyente más abundante, rico en hidratos de carbono y a partir de la cual se
obtienen las harinas y los endulzantes, el gluten, que contiene la mayor parte de
la proteína, la cáscara, que es la piel fina que recubre al grano y el germen, fuente
del aceite de maíz, importante para usos alimenticios, medicinales o industriales.26
Ilustración 9 Corte longitudinal de una semilla de Maíz. Fuente: “Semillas” Gran Enciclopedia SALVAT.
20 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
La clasificación del Maíz puede ser botánica o taxonómica, comercial, estructural,
especial y en función de su calidad.27
Reino: Vegetal
División: Tracheophyta
Subdivisión: Pteropsidae
Clase: Angiospermae
Subclase: Monocotiledoneae
Orden: Graminales
Familia: Gramineae
Tribu: Maydeae
Género: Zea
Especie: Mayz
Desde el punto de vista compra-venta, este cereal se clasifica de la siguiente
manera27:
Maíz Blanco: Corresponde a Maíz de este color con un valor igual o menor de 5%
de maíces amarillos.
Maíz amarillo: Se define como aquel de granos amarillos o amarillos con tonos
rojizo y con un valor igual o menor a 6% de maíces de otro color.
Maíz mezclado: puede ser de dos tipos, maíz blanco que contenga entre 5.1 y
10% de maíces amarillos o maíz blanco que presenta más del 10% de maíces
amarillos.
Maíz pinto: Este es maíz blanco, amarillo y mezclado que contenga más del 5%
de maíces oscuros.
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 21
Estructural: Se puede dividir en varios tipos, en función de calidad cantidad y
patrón de composición del endospermo en: Maíz dentado, cristalino, amiláceo,
dulce y palomero.
La información que se dispone sobre el contenido nutrimental del maíz es
abundante y permite conocer que la variabilidad de cada uno de sus principales
nutrimentos es muy amplia27.
EXTRUSION
La palabra extrusión proviene del latín "extrudere"28 y consiste en dar forma a un
producto, forzándolo a través de una abertura con diseño específico. Así pues, la
extrusión puede o no implicar simultáneamente un proceso de cocción.29
La extrusión de alimentos es un proceso en el que un material (grano, harina o
subproducto) es forzado a fluir, bajo una o más de una variedad de condiciones
de mezclado, calentamiento y cizallamiento, a través de una placa/boquilla
diseñada para dar formar o expandir los ingredientes.28
Centrándonos en el proceso de extrusión aplicado al tratamiento de cereales y
oleaginosas, esta consiste en hacer pasar a través de los agujeros de una matriz,
la harina de estos productos a presión por medio de un tornillo sinfín que gira a
cierta velocidad.29
El proceso fundamental de extrusión consiste en un aparato generador de presión
(extrusor), el cual causa que el producto se mueva como un líquido en un flujo
laminar, presentándose a su vez una resistencia al mismo, estos dos
componentes, flujo y resistencia, determinan el proceso de extrusión y el tipo de
producto30.
Los alimentos extrudidos se producen a partir de una amplia y diversa gamma de
alimentos crudos. Estos ingredientes son similares en su naturaleza general a los
ingredientes utilizados en todos los otros tipos de alimentos. Contienen materiales
con propiedades funcionales diferentes en la formación y estabilización de los
productos extrudidos, y proporcionan color, aromas y cualidades nutricionales.
Para la cocción por extrusión implica calentamiento a temperaturas elevadas, la
22 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
aplicación de mezclado y cizallado mecánico, antes que finalmente la extrusión
forme una estructura. Si las condiciones están en el intervalo de procesado ideal
se formara un producto estable con las características normales requeridas.31
Ventajas del proceso de extrusión28:
• Flexibilidad de operación, permitiendo la obtención de una gran diversidad
de productos
• Posibilidad de procesamiento en diversas formulaciones, permitiendo
adecuar el nivel nutricional según las necesidades.
• Bajo costo de procesamiento
• Tecnología simple
• Mínimo deterioro de nutrientes de los alimentos en el proceso
• Eficiente utilización de la energía
• Ausencia de efluentes
• Inactivación de enzimas y factores anti nutricionales
Aplicaciones de la extrusión28:
1. Alimentación Humana
Cereales de desayuno listos para comer, botanas, alimentos para bebes, sopas
instantáneas, proteínas vegetales texturizadas, sustitutos de carne, harinas
compuestas y enriquecidas, sustitutos lácteos, aditivos de panificación, almidones
modificados, pastas (fideos), bebidas en polvo, ingredientes de sopas, productos
dietéticos, granolas, cucuruchos, etc.
2. ALIMENTACION ANIMAL
Cereales, oleaginosas y legumbres precocidas o ingredientes para alimentos
Balanceados, alimentos para rumiantes, cerdos, aves, animales de piel, peces,
etc.
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 23
Ilustración 10 Esquema de un extrusor típico.
Procesamiento de subproductos o desechos de la industria alimentaria:
- Residuos de la industria de la pesca
- Residuos de la industrialización de aves, cerdos y vacunos
- Residuos de la industrialización de lácteos, panificación y frutas.
3. USOS INDUSTRIALES
Industria del papel y textil, fundiciones metalúrgicas, perforación de pozos de
petróleo, adhesivos y agentes ligantes, coadyuvantes de insecticidas y fungicidas.
24 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
CEREALES PARA DESAYUNO
Los cereales para desayuno tradicionalmente son productos extrudidos que se
consumen con leche cuyo principal componente es el almidón. La característica
principal de estos productos es que se asocian con frescura y su pérdida es una
de las causas de rechazo de este producto32.
La elaboración de los cereales de desayuno, surge a finales del siglo XIX cuando
en 1894 William K. Kellogg y su hermano, el doctor John H. Kellogg, buscaban
crear un alimento sano y nutritivo para complementar la dieta de los internos del
hospital “Battle Creek Sanitarium”32, descubrieron el proceso de temperado en el
trigo y posteriormente inventaron un método de procesamiento de los cereales
que incluye cocido, temperado, laminado y tostado del grano para obtener
hojuelas tostadas33.
William K. Kellogg estableció en 1906 una compañía para fabricar y distribuir su
producto “The Battle Creek”, que hoy es conocida como Kellogg Company. Los
cereales para desayuno llegaron a México como un producto de importación y
comenzaron a ser comercializados por Eduardo J. Harlan32.
El consumo de cereales ha aumentado considerablemente en los últimos años
debido a la necesidad de consumir productos rápidos a causa de la falta de
tiempo en la vida moderna. Los cereales son productos extrudidos con un alto
contenido de proteínas, carbohidratos y fibra y pueden ser enriquecidos con
vitaminas y minerales, aumentando su valor nutricional. El proceso de extrusión
de cereales implica ingredientes, que bajo la influencia del calor, humedad,
presión y cizalladura se transforman en una masa viscoelástica que surge de
extrusor. La súbita caída en la presión permite la vaporización de agua y por lo
tanto, expansión de cereales en masa.32
El producto expandido tiene una estructura, compuesta principalmente de bolsas
de aire, rodeado por muros de almidón gelatinizado, lo que contribuye a su textura
crujiente.32
Algunos cambios indeseables en la textura pueden ocurrir cuando los cereales
están expuestos a determinadas condiciones ambientales o cuando son
sumergidos en un medio líquido. La estructura física del copo tiene una gran
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 25
influencia en la difusión del líquido, debido a su alta porosidad e Higroscopia
implica mayor absorción de humedad y el consiguiente aumento de la actividad de
agua, ganando y perdiendo rápidamente su deseable pero frágil textura.32
Los cereales industrializados generalmente tienen un contenido nutricional menor
al de los cereales enteros (en grano), debido a los procesos de manufactura como
las elevadas temperaturas a las que son sometidos cuando son secados o
inflados y a la molienda y el triturado debido a que gran parte de los nutrientes del
grano se encuentran en la cascarilla, la cual generalmente es eliminada en la
fabricación de los cereales industrializados.33
Los cereales suelen estar enriquecidos, restaurándoles principalmente los
nutrientes eliminados. Entre las vitaminas y minerales que se adicionan al cereal
se encuentran el hierro, la tiamina, la niacina y la riboflavina, entre otros.33
Los cereales y sus derivados son ricos en carbohidratos tanto de absorción rápida
(tras la ingestión pasan a la sangre en poco tiempo) como de absorción lenta
(fibra). El contenido de la fibra varía según el proceso industrial de preparación. El
contenido es muy variable, entre un 6 y un 16% del peso, dependiendo del tipo de
cereal y del procesamiento industrial. La composición en aminoácidos de las
proteínas de los cereales depende de la especie y variedad; en general son
pobres en aminoácidos esenciales, por lo que se las cataloga de proteínas de
moderada calidad biológica (proteínas de mala calidad). 33
El contenido en grasas de los cereales naturales es muy bajo; algo más en el
caso del maíz cuyo contenido en grasa es del 4% aproximadamente y por ello se
utiliza para obtener aceite.33
Los cereales para desayuno en México deben sujetarse a la NORMA OFICIAL
MEXICANA NOM-086-SSA1-1994 como un alimento con modificaciones en su
composición por disminución, eliminación o adición de nutrimentos dicha norma
establece las especificaciones nutrimentales a que deben sujetarse dichos
productos.34
También se deben de sujetar a lo establecido en la NORMA OFICIAL MEXICANA
NOM-247-SSA1-2008 que establece las especificaciones relacionadas con el
proceso de las harinas de cereales, sémolas o semolinas, alimentos preparados a
26 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
base de cereales, de semillas comestibles, de harinas, de sémolas o semolinas o
sus mezclas.35
A continuación se presenta una tabla con la comparación entre diferentes marcas
de cereal para desayuno (ver página 37), es importante observar la cantidad de
azucares, la mayor parte de los productos endulzados con sacarosa (no
dietéticos ni mueslis) tienen una concentración de alrededor de 35%, se destaca
este dato por que será comentado en el apartado de resultados y discusión.
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 27
Tabla 5 Comparativa de tablas nutrimentales de diferentes marcas de cereal actualizadas a marzo de 2010, los precios son los
publicados por centros comerciales en Durango. Dgo.
Actualizada a marzo de 2010, los precios son los publicados por centros comerciales en Durango. Dgo. Continúa en la página siguiente.
28 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Tabla 5 Comparativa de tablas nutrimentales de diferentes marcas de cereal actualizadas a marzo de 2010. (Continuación)
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 29
OBJETIVO
Encontrar la formulación más aceptable para el consumidor para elaborar
mediante extrusión un cereal para el desayuno a partir de mezclas de maíz y frijol
para complementar la cantidad de proteínas además de aprovechar el alto
contenido de fibra de ambos granos.
HIPOTESIS
H0= Las propiedades organolépticas del producto tienen buena aceptación
independientemente del contenido de azúcar.
H1=La aceptación de al menos una formulación es difiere del resto.
30 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
MATERIALES Y METODOS
Se utilizó para este trabajo frijol común (Phaseolus vulgaris) en su variedad pinto
Saltillo, el cual fue adquirido en Instituto Nacional de Investigaciones Forestales
Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) del Estado de Durango. También se utilizó Maíz
(Zea mayz) de la variedad palomero.
Molienda
Se procedió a moler los granos enteros tanto del frijol como del maíz (ilustración
11), cada uno por separado en un molino de martillos de tolva y rotor horizontal
unido a martillos pivotantes con un tamiz de tipo intercambiable con microceldas
de cribado de .5mm, el motor utilizado para este molino es de 5hp de alta
velocidad unido a una doble polea el producto final obtenido se muestra en la
ilustración 12.
Se ajustó la compuerta a una capacidad de molienda de 5kg
Se ajustó la rotación de los martillos a 3600 rpm
Se procedió con el encendido y alimentación del molino para obtener las
harinas deseadas.
Ilustración 11 alimentación del molino de martillos Ilustración 12 producto final de los granos después de la molienda
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 31
Preparación de la Mezcla
Se prepararon 2 kg de mezcla de harinas
maíz frijol en una relación 70% y 30%
respectivamente, esta fue acondicionada
con aditivos, sal, azúcar y malta para
enmascarar el sabor a frijol.
Se determinó la humedad de la mezcla
colocando 10g en una balanza para
determinación de humedad OHAUS mod.
5641 ajustada a 25 watts durante 10
minutos, el experimento se realizó por triplicado. Una vez realizada la
determinación se procedió con el ajuste mediante la adición por aspersión de
agua corriente para obtener la humedad deseada de 15%.
Extrusión
El proceso fue realizado en un extrusor Brabender con una temperatura de tornillo
en el dado de salida de 160 °C con una velocidad de alimentación de 30 rpm y
una velocidad en el tornillo de 150 rpm.
Ilustración 13 Secado de la mezcla
Ilustración 14 Producto expandido pasando por el dado de salida.
32 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Adición de sacarosa y saborizante
Se utilizó el software “STATGRAPHICS” para realizar un diseño superficie de
respuesta central compuesto: 2^2 + estrella, con tres repeticiones en el punto
central, obteniendo las siguientes formulaciones.
TABLA 6 Formulaciones obtenidas mediante diseño central compuesto
Se graficaron los modelos ajustados para lo cual se utilizó el paquete estadístico
Statistica 7, para cada una de las respuestas utilizadas. Para la elaboración de
cada una de las formulaciones se prepararon soluciones a 65 °Brix utilizando
sacarosa comercial (Azúcar de mesa) común y saborizante artificial comercial
DEIMAN de vainilla el cual contiene también color y aroma , la solución se añadió
por aspersión a una muestra de cereal previamente extrudido.
Pruebas de aceptación
Se utilizó una escala hedónica con la participación de 20 jueces semi-entrenados
mismos que consumen cereal para desayuno 3 veces o más por semana; el
tamaño del panel y número de jueces se eligió basándose en los criterios que
menciona J. Sancho (2002); el cual describe como un juez “semi-entrenado”
aquel que sin formar parte de un panel estable, consume el producto con cierta
frecuencia y establece que el número ideal de jueces para este tipo de panel es
Formula %Azúcar %Saborizante
1 30.0 9.0
2 25.0 8.0
3 35.0 8.0
4 30.0 9.0
5 35.0 10.0
6 30.0 9.0
7 22.9289 9.0
8 25.0 10.0
9 37.0711 9.0
10 30.0 7.58579
11 30.0 10.4142
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 33
de 10 a 20 (máximo hasta 25).36 Los sujetos llevaron a cabo una degustación
cada una de las once muestras y posteriormente se les aplicó un cuestionario
para determinar cuál de las once formulaciones tendría mejor aceptación los
criterios a evaluar para dicha prueba fueron: Sabor, color, contenido de azúcar,
contenido de sal y textura. Los resultados se analizaron con ayuda del
STATGRAPHICS para obtener los valores óptimos de sacarosa y saborizante
para cada uno de los criterios de las encuestas.
En la pagina 44 se muestra la encuesta aplicada a los jueces en las pruebas de
aceptación.
34 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Ilustración 15 Encuestas Aplicadas durante las pruebas de aceptación.
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 35
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
A continuación se muestran los valores óptimos obtenidos en las pruebas de
aceptación para “sabor, color, contenido de azúcar, contenido de sal y textura” así
como los histogramas correspondientes a cada criterio en base a la aceptación de
los jueces en cada formulación. En el eje “X” se expresa los criterios evaluados
para cada formulación; los rangos en la escala se explican de la siguiente
manera:
En el eje “Y” (frecuencia) corresponde al número de jueces que seleccionaron
alguno de los criterios mencionados; el límite superior que aparece en cada
histograma corresponde al número más alto de personas que probaron el
producto tal como fue generado por el software; cabe recordar que participaron 20
jueces en esta evaluación cada uno de los cuales tiene un valor de 5%.
Sabor
En la ilustración 16 de la siguiente pagina se demuestra como los niveles de
aceptación que se expresan en el eje “Y”, aumentan a medida que se aumenta la
concentración de azúcar del eje “X”, mientras que el análisis del modelo
matemático arroja como resultado que la concentración optima de azúcar es de
37.0711, como se observa en la tabla de valores óptimos, donde si además se
comparan de manera independiente las tablas de cada criterio evaluado
observamos que se repite como valor optimo esta misma concentración, que tal
como se muestra en la tabla 6 es la concentración de azúcar que presenta la
formulación numero 9, siendo esta la que contiene más azúcar.
Rango Significado
0 Me desagrada en extremo 2 Me desagrada 4 Ni me agrada, ni desagrada 6 Me agrada 8 Me agrada en extremo
36 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Estos resultados dejan de manifiesto la preferencia del consumidor por productos
con mayor cantidad de carbohidratos siendo esta una de las principales causas
por las que en México el 39.5% de la población tiene sobrepeso y el 31.7%
obesidad, ubicándolo como el 2° lugar mundial con este problema después de
estados unidos.36
Factor Bajo Alto Óptimo
Azúcar 22,9289 37,0711 37,0711
Sabor 7,58579 10,4142 8,63941
Sin embargo al comparar los histogramas de las páginas 37 a 40 podemos
observar como la aceptación para la formulación con la concentración de
sacarosa optima que arrojo el modelo matemático (Formulación 9) es de un 45%,
mientras que las mejor aceptadas son 1, 2, 4, 7 y 10 que obtuvieron un 60% de
aceptación, estas formulaciones tienen desde un 22.9% hasta un 30% de
sacarosa (para conocer la concentración correspondiente de cada una se debe
Ilustración 16 grafica tridimensional de la superficie de respuesta de sabor en función de la concentración de azúcar
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 37
consultar la tabla 6), siendo superadas únicamente por la número 3 que alcanzo
una aceptación del 65%, teniendo esta un 35% de sacarosa; al comparar estos
resultados con la cantidad de sacarosa de los cereales existentes en el mercado
que se presentan en la tabla 5, queda de manifiesto que la respuesta de los
jueces se debe a que estas formulaciones se acercan a la cantidad de azúcar que
acostumbran a consumir en los cereales comerciales a excepción de la
formulación 7 que tiene un 22.9% de azúcar difiriendo de este grupo, pero al mirar
nuevamente la tabla 6, podemos observar que esta formulación tiene 9% de
saborizante, que se acerca a la concentración optima arrojada por el modelo
matemático, pero además demuestra que se puede disminuir la cantidad de
azúcar si se aumenta la concentración de saborizante.
Azúcar 25%
Saborizante 8%
Formulación 1
Formulación 2
Formulación 3
Azúcar 30%
Saborizante 9%
Formulación 1
Formulación 2
38 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Formulación 4
Formulación 5
Azúcar 35%
Saborizante 8%
Azúcar 30%
Saborizante 9%
Azúcar 35%
Saborizante 10%
Formulación 3
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 39
Formulación 6
Formulación 7
Formulación 8
Azúcar 30%
Saborizante 9%
Azúcar 22.9289%
Saborizante 9%
Azúcar 25%
Saborizante 10%
40 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Formulación 9
Formulación 10
Formulación 11
Azúcar 37.0711%
Saborizante 9%
Azúcar 30%
Saborizante 7.5857%
Azúcar 30%
Saborizante 10.4142%
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 41
Color
El color es una variable dependiente del sabor, debido a que se encuentra
integrado en el saborizante utilizado; por lo que al observar las tablas de valores
óptimos podemos ver que el resultado arrojado es muy similar, entre la de color y
sabor, razón por la cual suponemos que los jueces tienen el mismo agrado por las
diferentes formulaciones que en el caso de sabor, pero al observar la ilustración
17, existe diferencia en cuanto la superficie de respuesta para el sabor al centro
de la grafica.
Factor Bajo Alto Óptimo
Azúcar 22,9289 37,0711 37,0711
Sabor 7,58579 10,4142 8,74241
Al comparar este resultado con los histogramas de las pag. 42-46, se observa que
la aceptación no es tan buena como en los histogramas de sabor, ya que en el
cuanto al agrado en la respuesta “me agrada” la aceptación es inferior al 55%
Ilustración 17 grafica tridimensional de la superficie de respuesta de sabor en función de la concentración de azúcar
42 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
salvo en la formulación 9 donde fue de un 65%, se aprecia como este criterio se
encuentra enmascarado por el contenido de azúcar confirmando nuevamente el
gusto por los productos con alto contenido de carbohidratos, sin embargo al
realizar la sumatoria e los porcentajes de las respuestas “me agrada” y “me
agrada en extremo” podemos darnos cuenta de que las formulaciones mas
aceptadas son aquellas con 9% de saborizante, estando nuevamente muy cerca
del valor optimo para esta variable, además podemos ver como la formulación 6
que tiene solamente 30% de sacarosa aumenta su aceptación a 70%,
confirmando nuevamente que la concentración de saborizante cercana al optimo
mejora el gusto por el producto, además de permitir disminuir su concentración de
azúcar.
Formulación 1
Formulación 2
Azúcar 30%
Saborizante 9%
Azúcar 25%
Saborizante 8%
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 43
Formulación 3
Formulación 4
Formulación 5
Azúcar 35%
Saborizante 8%
Azúcar 30%
Saborizante 9%
Azúcar 35%
Saborizante 10%
44 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Formulación 6
Formulación 7
Formulación 8
Azúcar 30%
Saborizante 9%
Azúcar 22.9289%
Saborizante 9%
Azúcar 25%
Saborizante 10%
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 45
Formulación 9
Formulación 10
Azúcar 37.0711%
Saborizante 9%
Azúcar 30%
Saborizante 7.5857%
46 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Formulación 11
Azúcar 30%
Saborizante 10.4142%
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 47
Contenido de azúcar
El valor óptimo de contenido de azúcar arrojado por el análisis estadístico de las
pruebas de aceptación repite el valor correspondiente a la formulación con mayor
contenido de azúcar tal como se observa en la tabla de valores óptimos, además
al observar la ilustración 18 se pone de manifiesto la tendencia por parte de los
jueces por preferir sabores con mayores concentración de azúcar ya que como se
aprecia en esta ilustración, nuevamente la aceptación mejora al aumentar dicha
concentración.
Factor Bajo Alto Óptimo
Azúcar 22,9289 37,0711 37,0711
Sabor 7,58579 10,4142 9,25108
Ilustración 18 grafica tridimensional de la superficie de respuesta de contenido de azúcar en función de la concentración de azúcar
48 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Al comparar los histogramas que se encuentran a partir de las páginas 48 a 51, la
formulación 9, fue la única en obtener como resultado superior “me agrada en
extremo”, sin embargo, no es el valor más alto con respecto al resto, ya que el
observar los histogramas los correspondientes a las formulaciones 1 y 6 han
obtenido una preferencia del 65% de aceptación, dichas formulaciones son
además puntos centrales en el modelo utilizado (ver tabla 6); con lo que, los
jueces dejan de manifiesto que gustan de grandes concentraciones de azúcar
pero favorecen en todos los casos los sabores más parecidos a lo que
encontramos en el mercado.
Formulación 1
Formulación 2
Azúcar 30%
Saborizante 9%
Azúcar 25%
Saborizante 8%
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 49
Formulación 3
Formulación 4
Formulación 5
Azúcar 35%
Saborizante 8%
Azúcar 30%
Saborizante 9%
Azúcar 35%
Saborizante 10%
50 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Formulación 6
Formulación 7
Formulación 8
Azúcar 30%
Saborizante 9%
Azúcar 22.9289%
Saborizante 9%
Azúcar 25%
Saborizante 10%
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 51
Formulación 9
Formulación 10
Formulación 11
Azúcar 37.0711%
Saborizante 9%
Azúcar 30%
Saborizante 7.5857%
Azúcar 30%
Saborizante 10.4142%
52 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Contenido de sal
La cantidad de sal en todas las formulaciones es la misma y corresponde al
cloruro de sodio presente en las harinas de maíz y frijol mas 1% que se adicionó
durante la preparación de la mezcla, al observar los cuestionarios aplicados
durante las pruebas de aceptación encontramos en el apartado de observaciones
que algunos jueces respondieron que le hacía falta sal al producto, ya que este
sabor no era detectable, mientras que otros comentaron que les gustaba el
producto al no ser “salado”, en la ilustración 19 nos damos cuenta en la
superficie de respuesta como la aceptación mejora a bajas concentraciones de
azúcar donde es más notoria la acción potencializadora de sabor de la sal,
mientras que en conforme aumenta la concentración de azúcar esta acción es
menos perceptible.
Factor Bajo Alto Óptimo
Azúcar 22,9289 37,0711 37,0711
Sabor 7,58579 10,4142 9,49811
Ilustración 19 grafica tridimensional de la superficie de respuesta de contenido de sal en función de la concentración de azúcar
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 53
Como se puede observar en los histogramas de las páginas 53 a 56, a los jueces
les gusto el contenido de sal en el cereal para desayuno hasta en un 70%. Sin
embargo, también se esperaría que los resultados fueran iguales en todos los
casos, pero al observar los porcentajes en los histogramas esto no es así, esto
puede deberse al igual que con el color a que el contenido de azúcar enmascare
esta propiedad, lo cual se confirma nuevamente en el histograma de la
formulación 9 siendo este el valor más elevado en cuanto a aceptación.
Formulación 1
Formulación 2
Azúcar 30%
Saborizante 9%
Azúcar 25%
Saborizante 8%
54 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Formulación 3
Formulación 4
Formulación 5
Azúcar 35%
Saborizante 8%
Azúcar 30%
Saborizante 9%
Azúcar 35%
Saborizante 10%
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 55
Formulación 6
Formulación 7
Formulación 8
Azúcar 30%
Saborizante 9%
Azúcar 22.9289%
Saborizante 9%
Azúcar 25%
Saborizante 10%
56 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Formulación 9
Formulación 10
Formulación 11
Azúcar 37.0711%
Saborizante 9%
Azúcar 30%
Saborizante 7.5857%
Azúcar 30%
Saborizante 10.4142%
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 57
Textura
Si observamos la ilustración 20 en la superficie de respuesta podemos apreciar
como el contenido de azúcar enmascara la evaluación de los jueces aumentando
nuevamente el gusto por el producto conforme aumenta la concentración de
azúcar, además en el eje “Y” de esta ilustración observamos el valor más bajo de
aceptación para la menor concentración de azúcar con respecto al resto de las
graficas, y al compararlo con los histogramas de las páginas 58 a 61 se confirma
que si se aumenta o disminuye la cantidad de azúcar se enmascara esta
propiedad, ya que como podemos ver en el histograma de la formulación 7 con
22.92% de sacarosa es el único en todo el experimento que obtuvo como
respuesta con mayor valor “me desagrada” mientras que en contraste la
formulación 9 obtuvo como superior “me agrada”, solo confirmando el desagrado
de los jueces para esta propiedad.
Esto puede deberse a dos factores:
1. Que el tiempo durante el proceso de secado en la elaboración del producto
no sea el óptimo.
2. La prueba se realizo en seco, cuando lo habitual es consumir este tipo de
producto sumergido en leche.
Factor Bajo Alto Óptimo
Azúcar 22,9289 37,0711 37,0711
Sabor 7,58579 10,4142 9,65682
Ilustración 20 grafica tridimensional de la superficie de respuesta de textura en función de la concentración de azúcar
58 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Formulación 2
Formulación 3
Formulación 1
Azúcar 30%
Saborizante 9%
Azúcar 25%
Saborizante 8%
Azúcar 35%
Saborizante 8%
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 59
Formulación 4
Formulación 5
Formulación 6
Azúcar 30%
Saborizante 9%
Azúcar 35%
Saborizante 10%
Azúcar 30%
Saborizante 9%
60 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
Formulación 7
Formulación 8
Formulación 9
Azúcar 22.9289%
Saborizante 9%
Azúcar 25%
Saborizante 10%
Azúcar 37.0711%
Saborizante 9%
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 61
Formulación 10
Formulación 11
Azúcar 30%
Saborizante 7.5857%
Azúcar 30%
Saborizante 10.4142%
62 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
En la tabla 7 se presenta un resumen de los valores más representativos de los
histogramas en ella podemos apreciar los porcentajes más altos para cada criterio
evaluado en las pruebas de aceptación, como se puede observar, las
formulaciones preferidas por los jueces en sabor son 1, 2, 3, 4, 7 y 10 y en cuanto
al contenido de azúcar son 1 y 4, confirmando una vez más la preferencia por las
formulaciones más parecidas a las comerciales ya que la formulación 9 no
alcanza el 60% de aceptación en ninguno de estos dos criterios.
Tabla 7 Resumen de los valores superiores representados en los histogramas para cada criterio evaluado.
Formula
Valor (% de aceptación) Me desagrada en extremo
Me desagrada
Ni me agrada ni
desagrada
Me agrada
Me agrada en extremo
Sabor Color Azúcar Sal Textura
1 60 30 65 60 30
2 60 40 55 60 50
3 65 50 55 45 60
4 60 45 50 60 35
5 40 55 55 45 45
6 50 50 65 45 40
7 60 40 50 70 35
8 55 45 45 55 45
9 45 60 50 70 45
10 60 40 60 45 40
11 50 35 55 45 45
Tomando en cuenta únicamente las formulaciones con mejor aceptación en
cuanto a sabor y contenido de azúcar, descartamos aquellas formulaciones con
niveles de sacarosa superiores a 35% con el fin de disminuir el consumo de
carbohidratos y optimizar la cantidad de azúcar, posteriormente se promediaron
los valores tomando en cuenta únicamente aquellos que tienen una aceptación
del 60% en las pruebas, como lo son en cuanto al contenido de azúcar las
formulaciones 1 y 4 ambas puntos centrales del modelo experimental con 30% de
sacarosa y en cuanto a sabor las formulaciones 1, 2, 4, 7 y 10.
Facultad de Ciencias Químicas | UJED 63
CONCLUSIONES
Podemos decir que nuestro producto además de presentar ventajas nutricionales
sobre los existentes en el mercado, tendrá una buena aceptación si se sigue la
formulación optima obtenida, también podemos decir al analizar los resultados
que nuestra hipótesis se ha cumplido ya que las formulaciones tienen niveles de
aceptación diferentes de acuerdo a la cantidad de sacarosa y saborizante, con lo
que podemos concluir lo siguiente:
1. El producto mejor aceptado corresponde a 30% de azúcar y 9% de
saborizante, con un nivel de aceptación del 73% resultante de promediar
los resultados de “me gusta” y “me gusta en extremo”.
2. El valor optimo concentración de sacarosa definitivo se obtiene
promediando aquellos criterios con un 60% de aceptación pero menos de
35% de azúcar, ya que además de que la ingesta excesiva de
carbohidratos es indeseable en una dieta balanceada pudiendo
desencadenar problemas como hiperglucemia u obesidad, al analizar los
resultados se observa una preferencia hacia las que tienen un contenido
similar al 30% obteniendo un valor optimo de azúcar de 27.6%, mientras
para la adición del saborizante el valor optimo de sabor es de 8.6%,
mismo que se obtuvo mediante el modelo matemático.
3. Si se desea disminuir el contenido calórico del producto se recomienda la
formulación 7 que obtuvo un nivel de aceptación del 65% entre “me
agrada” y “me agrada en extremo”, además de que ha quedado
demostrado en este trabajo que los consumidores pueden tolerar menos
azúcar ante una concentración del 9% de saborizante; en el CIIDIR-IPN
Unidad Durango se está trabajando en la actualidad con “inulina” como un
aditivo para tratar de disminuir la concentración de sacarosa en estos
productos.
4. La textura es un criterio que deberá cuidarse más en el futuro, se
recomienda poner más atención a los tiempos de secado y realizar la
degustación con el producto sumergido en leche, lo cual es característico al
consumir cereal para desayuno.
64 UJED | Facultad de Ciencias Químicas
5. Se recomienda realizar las pruebas biológicas para determinar el índice de
eficacia proteica y el coeficiente de digestibilidad aparente.
Facultad de Ciencias Químicas |UJED 65
LITERATURA CITADA
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