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Resumen

Es bien conocido que la adición de legumbres a los cereales incrementa tanto la

cantidad como la calidad de la mezcla proteica representando además una forma

económica de mejorar el valor nutricio de los alimentos procesados. El frijol y el

garbanzo son los cultivos más importantes en el mundo debido a su calidad nutricional

ya que son ricos en proteínas, carbohidratos complejos, vitaminas y minerales. Se ha

demostrado además que las leguminosas promueven beneficios a la salud como un

bajo índice glucémico que las hace atractivas para poblaciones de diabéticos, índice

alto de saciedad, prevención del cáncer y protección contra enfermedades

cardiovasculares. Sin embargo no se tiene un alimento de consumo masivo en la dieta

del mexicano, todos los que se consumen son altos en carbohidratos y en grasas

ocasionando los índice altos en obesidad, diabetes y en enfermedades coronarias. Por

lo que en esta investigación se propone estudiar la mezcla de harinas de garbanzo,

avena y chia y realizar el cocimiento por el proceso de extrusión, para obtener una

botana o producto expandido crocante listo para su consumo. Las mejores condiciones

para la extrusión de las harinas fueron humedad (14 a 18%), temperatura entre 160 y

170°C y concentración de garbanzo en la menor proporción de 25 a 30% se tienen

menor dureza, menor solubilidad y mayor absorción de agua manteniéndose la

estructura cilíndrica y expandida de los extrudidos. También requieren menor

temperatura para su fusión y la energía para fundirse, con lo cual se obtendrá un

producto nutritivo, crocante y listo para su consumo.

Novoa Luis Tesis/ 5

Abstract

It is well known that the addition of cereal to legumes increase both the quantity and

quality of protein of the mixture, also represents an economical way to improve the

nutritional value of processed food. Beans and chickpeas are the most important crops

in the world due to its nutritional quality and that are rich in protein, complex

carbohydrates, vitamins and minerals. It has also shown that legumes promote health

benefits as a low glycemic index which makes them attractive to people with diabetes,

high satiety index, cancer prevention and protection against cardiovascular disease.

However you do not have a food for the consumer in the Mexican diet, all they

consumed diet that are high in carbohydrates and fat causing high rate of obesity,

diabetes and heart disease. Reason why in this research, the aims is to study the

mixture of chickpea flour, oats and chia and carry out the cooking by the extrusion

process, to obtain a crispy snack or expanded product ready for consumption. The best

conditions for extrusion were flour humidity (14 to 18%), temperatures between 160 °C

and 170 °C and the concentration of chickpea in the lowest proportion of 25 to 30%.

Obtaining a lower hardness, lower solubility and higher water absorption and

maintaining the cylindrical structure of the extruded expanded. They also require lower

temperature for melting and energy to melt. In this way a nutritious, crispy and ready-to-

eat product is obtained.

Novoa Luis Tesis/ 6

1. Introducción

En 2012, el Instituto Nacional de Salud Pública de México dio a conocer los resultados

de la Encuesta Nacional de Salud y Nutrición (ESNAUT) que evalúa la inseguridad

alimentaria. Este informe encontró que de 1988 a 2012 hubo un incremento del 25% al

35.5 % en la proporción de mujeres con sobrepeso de 20 a 49 años de edad. Además

reporta un incremento en las mujeres obesas de 9.5% a 37.5% para este mismo

periodo. En el caso de los niños de entre 5 y 11 años encuentra que un 29% tiene

sobrepeso y este número se incrementa a 35% para jóvenes entre 11 y 19 años.

Adicionalmente, uno de cada 10 niños en edad escolar padece anemia, es decir, unos

2 millones de infantes.

El consume de granos enteros podría atenuar los datos estadísticos indicados arriba,

es de resaltar que las mujeres muestran una mayor tendencia a consumir granos

enteros que los hombres. Así mismo reportan una mayor preferencia por los granos

enteros en las poblaciones hispanas comparadas con las blancas, negras y asiáticas.

Además encuentran un mayor consumo en aquellos sub grupos que perciben un mayor

ingreso y mejor educación. Otros estudios reportan que los niños son los más

propensos a no consumir alimentos con partículas, cortezas o nueces, porque no

estaban familiarizados con ellos desde pequeños, de modo que la inclusión de granos

enteros desde la infancia juega un papel importante para la aceptación de productos

con granos enteros.

El cocinado por extrusión de los granos enteros después de molidos en forma integral

podria ser una alternativa viable, debidos a que es una herramienta común para el

procesamiento de una amplia variedad de productos tales como botanas y cereales

Novoa Luis Tesis/ 7

para el desayuno. Este proceso es considerado como de "alta temperatura corto

tiempo" (HTST por sus siglas en inglés) y que minimiza la degradación de nutrientes

por calor al mismo tiempo que mejora la digestibilidad al gelatinizar el almidón,

desnaturalizar las proteínas y desactivar compuestos no deseados tales como enzimas

y factores antinutricionales.

Los estudios preliminares sobre los cereales (Avena), leguminosas (Garbanzo) y la

semilla de la Chia abren la posibilidad de elaborar un producto alimenticio con alto

poder nutrimental, que podría resolver muchos problemas de salud si este es

consumido en una proporción adecuada de cada cereal, leguminosa y chia. De forma

que el producto procesado por extrusión pueda contener la cantidad de proteínas con

el record de aminoácidos balanceado, contenido de carbohidratos adecuados y algunos

de ellos con propiedades especiales para reducir el colesterol y los azucares en la

sangre. Además de contar con el contenido de lípidos insaturados en la concentración

adecuada para nuestra nutrición. Los lípidos de la chia proveerán los ácidos grasos

esenciales y el omega 3 y 6 necesarios para nuestra dieta y reducir los problemas de

enfermedades cardiovasculares.

Novoa Luis Tesis/ 8

2. Antecedentes

2.1. Situación nutricia actual

En 2001 se publicó el Proyecto de Norma Oficial Mexicana PROY-NOM-04-

SSA2-1999 con la que se pretende promover la educación para la salud en materia

alimentaria y en la que se reconoce que, de acuerdo con los resultados de la Encuesta

Nacional de Nutrición de 1999 y la Encuesta Nacional de Salud de 2000, en la

población mexicana aun prevalecen enfermedades relacionadas con carencias

nutricias especialmente en la población infantil en la que el 18% de menores de 5 años

presentó baja estatura y el 27% anemia. Este mismo estudio reporta un incremento

considerable en los últimos años en sobrepeso, obesidad, hipertensión,

arteriosclerosis, diabetes, cáncer y osteoporosis. La norma atribuye estos problemas a

la pobreza agravada por la pérdida del poder adquisitivo de la población que restringen

el acceso a una dieta adecuada.

En 2012, el Instituto Nacional de Salud Pública de México dio a conocer los

resultados de la Encuesta Nacional de Salud y Nutrición (ESNAUT) que evalúa la

inseguridad alimentaria. Este informe encontró que de 1988 a 2012 hubo un

incremento del 25% al 35.5 % en la proporción de mujeres con sobrepeso de 20 a 49

años de edad. Además reporta un incremento en las mujeres obesas de 9.5% a 37.5%

para este mismo periodo. En el caso de los niños de entre 5 y 11 años encuentra que

un 29% tiene sobrepeso y este número se incrementa a 35% para jóvenes entre 11 y

19 años. Adicionalmente, uno de cada 10 niños en edad escolar padece anemia, es

decir, unos 2 millones de infantes.

Novoa Luis Tesis/ 9

Por otro lado, el nivel de diabetes en este país es también preocupante, según

datos de la Federación Mexicana de Diabetes entre 6.5 y 10 millones de personas

padecen la enfermedad lo que equivale a un 7% de la población y la coloca en la

tercera causa de muerte de forma directa o indirecta posicionando a México como

sexto en la lista mundial en muertes causadas por esta enfermedad. Según

predicciones de expertos para 2025 existirán unos 11.9 millones de mexicanos con

diabetes (Instituto Nacional de Salud Pública de México, 2012)

La obesidad y la diabetes forman una sinergia que es detrimental para la salud y

cuyo costo total fue de 2 mil 970 millones de pesos para 2003 y 8 mil 836 millones de

pesos para el 2010 lo cual significó un aumento de más del 290% en siete años según

la organización El Poder del Consumidor (INEGI, 2012).

En este mismo tenor, el reporte: "Libre Comercio y la Epidemia de Comida

Chatarra en México" publicado en 2015 por la revista Grain (ONG México, 2015) señala

que: "En nuestro país se relacionan de manera directa la pobreza y el hambre, con la

obesidad y las enfermedades. La gente no sólo lucha por pagar la comida suficiente

para sobrevivir sino que muchos de los alimentos que ingiere la enferman. Esto ahonda

en la problemática analizando los efectos que el Tratado de Libre Comercio tuvo en la

dieta de la población y en la disponibilidad de alimentos.

El TLC eliminó barreras a la inversión extranjera permitiendo así a las

transnacionales penetrar el mercado nacional. Este tratado incluyó políticas

comerciales que favorecieron una mayor dependencia de la población en productos

alimenticios procesados de harinas y azúcares refinados que con llevan una mayor vida

de anaquel y que a su vez desplazan a productos más frescos como frutas y vegetales

Novoa Luis Tesis/ 10

de la dieta. Esto modificó el panorama nacional incrementando la venta de productos

de harina horneada, comida chatarra y bocadillos. Especialmente las bebidas

refrescantes vieron incrementado su consumo, que según el reporte pasó, de 65 litros

en 1992 a 115 litros por persona por año en 2002. Un incremento así se explica por el

"dominio del punto de venta", las corporaciones inundaron los canales de distribución

enfocándose en tiendas (tienditas) y misceláneas, siendo éstas puntos clave para la

diseminación de la comida chatarra en un inicio, para posteriormente ser reemplazadas

por tiendas corporativas como por ejemplo Oxxo, propiedad de Femsa, subsidiaria de

Coca-cola y que en 2015 abrió su local número 14 mil. Es a través de éstas que las

compañías alimentarias hacen llegar sus productos a los poblados más pobres. Gastan

además enormes sumas de dinero en publicidad y mercadotecnia y sobretodo en

relaciones públicas para maquillar los enormes problemas de salud que generan sus

alimentos.

2.2. Granos enteros, su consumo y retos

La Asociación Americana de Química Clínica (AACC) define a los alimentos de

grano entero como aquellos que contienen todas las partes esenciales y los nutrientes

naturales de la semilla entera. Es decir, si el grano ha sido procesado ya sea por

procesos de extrusión, rolado, cocción, etc, el producto terminado deberá entregar

aproximadamente el mismo balance de nutrientes que se encuentran en el grano

original.

De acuerdo con Dammann y otros, (2013) el consumo de granos enteros y fibra

dietética en la población continúa siendo inferior a lo recomendado por científicos y

Novoa Luis Tesis/ 11

agencias de salud a pesar de la evidencia acumulada de sus beneficios a la salud. En

los Estados Unidos, las directrices dietéticas recomiendan que por lo menos la mitad de

los 3 equivalentes de consumo granos recomendados por día sean provenientes de

granos enteros, sin embargo estudios recientes muestran que en el caso de los niños

solo el 7% consume grano entero y solo el 10% está en la alimentación de los adultos.

Es de resaltar que las mujeres muestran una mayor tendencia a consumir granos

enteros que los hombres. Así mismo reportan una mayor preferencia por los granos

enteros en las poblaciones hispanas comparadas con las blancas, negras y asiáticas.

Además encuentran un mayor consumo en aquellos sub grupos que perciben un mayor

ingreso y mejor educación.

Estos investigadores reportan que la mayoría de los estadounidenses

consumen granos enteros en la forma de cereales listos para el consumo, seguido por

pan de levadura, cereales calientes y palomitas de maíz. Por otro lado, las mayores

fuentes de harinas refinadas en la dieta son los panes, los postres y la pizza, sugiriendo

que con el incremento en funcionalidad y palatabilidad de los granos enteros como

ingredientes pudiera sustituir de manera gradual a los refinados en estos productos.

Otro problema encontrado por este estudio es la falta de conocimiento de los

consumidores en cuanto a la asociación de los granos enteros con la prevención de

enfermedades. Aunque muchos consumidores relacionan la ingesta de fibra con la

regularidad intestinal y los granos enteros con productos más naturales, la mayoría

desconoce los efectos benéficos que éstos tienen en el riesgo a padecer enfermedades

coronarias, diabetes y cancer entre otros. Por tanto, los investigadores, sugieren que

Novoa Luis Tesis/ 12

incrementar la información a los consumidores de los beneficios a la salud que tienen

los granos enteros puede motivarlos a incrementar su consumo.

Además de la falta de conocimiento de los consumidores otro obstáculo descrito

por los investigadores para el consumo de granos integrales son sus atributos

sensoriales característicos. Varios estudios citados en éste artículo encontraron que el

sabor seco y la textura más dura y áspera son factores que no gustan a los

consumidores. Así mismo encontraron que son los niños los más propensos a no

consumir alimentos con partículas, cortezas o nueces, si no estaban familiarizados con

ellos desde pequeños, de modo que la inclusión de granos enteros desde la infancia

juega un papel importante para la aceptación de productos con granos enteros.

2.3. Retos para el desarrollo de alimentos sanos

El procesamiento es un prerrequisito para el consumo de los granos y ha

tomado a la humanidad alrededor de cien años el desarrollo de las tecnologías actuales

para la molienda y refinado de la harina de trigo blanca. Estos procesos se han

optimizado para fabricar productos a partir del almidón en el endospermo y que han

sido despojados de la mayoría de la fibra dietética y vitaminas presentes en las capas

exteriores. Dado nuestro conocimiento actual sobre la necesidad de incorporar más

grano en los alimentos sanos es necesario replantear nuevas tecnologías para el

procesamiento de los mismos.

Como muchas enfermedades crónicas están relacionadas con la obesidad y

existe un gran interés en el desarrollo de productos que coadyuven con el manejo del

sobrepeso. La sensación de saciedad ha sido un factor importante para este fin y por

Novoa Luis Tesis/ 13

tanto se han destinado esfuerzos para producir cereales con mejoras en la respuesta

de saciedad. De especial interés han sido la cebada y la avena por su contenido en β-

glucanos, fibra dietética cuya estructura es de gran influencia en esta respuesta

(Poutanen et al. 2010).

Las semillas de chía y su aceite han comprobado ser ingredientes interesantes

para el desarrollo de alimentos funcionales debido a sus componentes bioactivos,

mismos que se ha comprobado tienen beneficios a la salud mejorando marcadores

biológicos relacionados con dislipidemia, inflamación, enfermedades cardiovasculares y

resistencia a la insulina, sin efectos adversos (Vuksan et al. 2007, 2010).

Es bien conocido que la adición de legumbres a los cereales incrementa tanto la

cantidad como la calidad de la mezcla proteica representando además una forma

económica de mejorar el valor nutricio de los alimentos procesados. El frijol y el

garbanzo son los cultivos más importantes en el mundo debido a su calidad nutricional

ya que son ricos en proteínas, carbohidratos complejos, vitaminas y minerales. Se ha

demostrado además que las leguminosas promueven beneficios a la salud como un

bajo índice glucémico que las hace atractivas para poblaciones de diabéticos, índice

alto de saciedad, prevención del cáncer y protección contra enfermedades

cardiovasculares (Young, 1999; Messina, 1999).

El cocinado por extrusión se ha convertido en una herramienta común para el

procesamiento de una amplia variedad de productos tales como botanas y cereales

para el desayuno (Perez et al., 2008). Este proceso es considerado como de "alta

temperatura corto tiempo" (HTST por sus siglas en inglés) y que minimiza la

Novoa Luis Tesis/ 14

degradación de nutrientes por calor al mismo tiempo que mejora la digestibilidad al

gelatinizar el almidón, desnaturalizar las proteínas y desactivar compuestos no

deseados tales como enzimas y factores antinutricionales (Alonso, Aguirre, & Marzo,

2000; Shimelis & Rakshit, 2007).

2.4. Avena (Avena sativa L.)

3.4.1. Generalidades de la avena

La avena es un cereal originario del Mediterráneo, particularmente de la

península ibérica, del Africa noroccidental y del Medio Oriente. Al igual que otros

granos la avena (avena sativa) pertenece a la familia de las Poaceae también conocida

como Gramineae, género Avena, dentro de éste la especie A. sativa L. (Hexaploide) es

la más cultivada. La avena se constituye como la sexta cosecha más importante en el

mundo con una producción anual promedio de 23 millones de toneladas. Y según el

informe de SAGARPA el volumen de producción de avena nacional promedio para el

2014 fue de cerca de 93 mil toneladas de grano.

Principalmente la avena es utilizada como alimento para ganado, sin embargo

los avances recientes en nutrición y tecnología alimentaria la han desvelado como una

fuente de nutrientes importante, valiosa para los problemas que enfrenta la sociedad

actual.

2.4.2. Estructura del grano

El fruto de la avena es una cariópside acanalada en uno de sus lados opuesta

al embrión. La cariópside está recubierta por una cascarilla que representa entre el 30 y

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Novoa Luis Tesis/ 17

retrogradarse de manera más lenta que otros almidones, pero altas concentraciones de

grasas también puede tener consecuencias negativas durante el cocimiento tales como

una reducción en la capacidad de absorción de agua, el hinchado y la solubilización

además de la formación de sabores no deseados debidos al enranciamiento de las

cadenas de ácidos grasos. Es por esto que algunos investigadores recomiendan una

etapa de rostizado para inactivar enzimas que pudieran acelerar estos procesos.

Otros componentes presentes en el almidón de avena son las proteínas y los

fosfolípidos, que están presentes en cantidades superiores al trigo y el maíz, pero que

parecen tener una influencia mínima en las propiedades térmicas del compuesto.

2.4.3.2. Fibra dietética

El grano de avena contiene altas cantidades de polisacáridos distintos al almidón

que son los principales integrantes de la fibra dietética, mismos que pueden ser

subdivididos en dos fracciones: solubles en agua e insolubles. Las fracciones solubles

en los granos están compuestas por gomas, mucílago, pectina, hemicelulosas, ß-

glucanos y arabinoxilanos. Las insolubles contienen lignina, que tiene la capacidad de

absorber ácido de la bilis, y otras celulosas y hemicelulosas. La cariópside de la avena

contiene entre 10.2 y 12.1% de fibra de la cual 4.1 a 4.9% es soluble y el resto es

insoluble dependiendo del genotipo.

La fibra dietética soluble puede formar soluciones viscosas mismas que a su vez

reducen el tránsito intestinal, retrasan el vaciado estomacal y hacen más lenta la

absorción intestinal de la glucosa y esteroles con la consecuente reducción de los

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Novoa Luis Tesis/ 19

Esta estructura química es responsable de las propiedades físicas específicas

tales como solubilidad, viscosidad y la potencial influencia en el metabolismo del

colesterol en el cuerpo humano.

El contenido de β-glucanos en el grano descascarillado de avena varía en un

rango de 2 a 8g/100g de semilla y es influenciado por variables genéticas y del

ambiente \cite {Welch: 1995ea}. En comparación con otros cereales se encuentra en

mayores concentraciones y es mas soluble al 88% lo cual es mayor que lo encontrado

en la cebada (69%), la harina de maíz (67%), el trigo entero (40%) y el centeno entero

(40%) \cite{Englyst:1989wv}.

Los β-glucanos tienen propiedades funcionales importantes que los hacen

valiosos para la nutrición humana. Entre estas destacan la influencia que tienen en el

apetito a través del incremento en la masa intestinal y su consecuente aumento en la

viscosidad de la misma. Esta última propiedad, según estudios \cite{Arendt:2013ed},

puede ayudar a reducir el colesterol de baja densidad (LDL) al formar una capa viscosa

en el intestino delgado, inhibiendo así la absorción intestinal del colesterol presente en

la dieta y la reabsorción de los ácidos biliares. Además estos investigadores citan

reportes que muestran la relación inversa que existe entre la viscosidad de los β-

glucanos y la respuesta de insulina a la glucosa posprandial (Tabla 2).

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glucémico de los β-glucanos en la avena.

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Otro estudio encontró reducciones significativas tanto en colesterol LDL y

colesterol total en los grupos de pacientes tratados por seis semanas ya sea con 88 g

de avena, 56 g de cascarilla o 84 g de cascarilla correspondiendo con 3.6, 4 y 6g de β-

glucanos respectivamente. Los autores reportaron una correlación inversa entre los

niveles de colesterol en suero y el consumo de β-glucanos [10].

Después de revisar 33 estudios la Food and Drug Administration (FDA) de

Estados Unidos reconoció la relación existente entre el consumo de fibra soluble y el

decremento en la concentración de colesterol en suero señalando además que el β-

glucano es el componente bioactivo principal y determinando en 3g la ingesta diaria

efectiva. Esto ha permitido finalmente la declaración en etiquetas de "propiedades

saludables para dietas bajas en grasas saturadas y colesterol que incluyan fibra soluble

de granos enteros de avena ya que podrían reducir el riesgo de enfermedades al

corazón" \cite{Raloff:1997jq}.

2.4.3.4. Proteína

El contenido proteico en la avena varía de acuerdo al clima y el genotipo y se

reporta entre un 15 a un 24% \cite{Wood:1990jn}, la tabla 3 muestra la concentración

de aminoácidos esenciales comparados con el trigo y la recomendación de la FAO para

adultos. En ella podemos ver que el balance de aminoácidos es bueno y

nutricionalmente superior a otros cereales \cite{Pomeranz:1973wv. El contenido de

lisina es superior al encontrado en el trigo pero queda aún por debajo del 4.5%

recomendado por la FAO (\cite{Joint:2007ts})

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a 7)

anzo

Novoa Luis Tesis/ 27

Por otro lado Sánchez-Vioque et al. (1999) encontraron que la digestibilidad en

la proteína de la harina de garbanzo estaba obstaculizada por su estructura globular y

la presencia de factores antinutricionales (FAN).

2.5.2.2. Factores antinutricionales (FAN)

Los FAN son compuestos que perturban o afectan al proceso de digestión. La

acumulación de estos compuestos en los granos de las leguminosas se cree que es un

rasgo evolutivo que actúa como mecanismo protector durante ambientes desfavorables

y en la presencia de parásitos, hongos, insectos y herbívoros. Los FAN encontrados en

las leguminosas pueden ser divididos en dos categorías: FAN proteicos y FAN no

proteicos y van desde los relativamente inofensivos polifenoles a los relativamente

tóxicos inhibidores proteicos. Los FAN proteicos son: alcaloides, ácido fítico,

oligosacáridos, compuestos fenólicos tales como taninos y saponinas, de éstos los más

comunes en las legumbres son las lectinas, inhibidores de tripsina y quimotripsina y

péptidos antifungicos (Roy et al., 2010). Los factores antinutricionales en el garbanzo

se reducen en varios niveles cuando el grano es sujeto a procesos de calentamiento

Tabla 8.

Tabla 8: Resúmen del efecto en FAN por distintos procesos

L

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Novoa Luis Tesis/ 29

que la cocción a presión reduce la concentración un 20% en el garbanzo (Xu and

Chang, 2009).

Otras sustancias antinutritivas presentes en el garbanzo son los oligosacáridos

estaquiosa, rafinosa y verbascosa, causantes de flatulencia en los seres humanos

debido a la fermentación de los mismos en el intestino delgado, Berrios et al,

encontraron que el proceso de extrusión a 160 ºC causaba una reducción considerable

de los mismos (40%) similar a la cocción en microondas (Xu and Chang, 2009).

La reducción de saponinas y taninos presentes en el garbanzo es posible ya sea

por microondas (50.1% para taninos, 51.65% para saponinas) o autoclave. Estos

mismos procesos causaron una reducción del 80.5-83.87% en el inhibidor de tripsina

(Alajaji and El-Adawy, 2006).

2.5.2.3. Otros Nutrientes

La harina de garbanzo está caracterizada por un alto contenido de

monosacáridos, disacáridos y oligosacáridos. Los monosacáridos más importantes

presentes son la ribosa, fructosa, glucosa, sucrosa y maltosa. Los principales

oligosacáridos son la rafinosa, ciceritol, estaquiosa y verbascosa Tabla 9 (Sanchez-

Mata et al., 1998; Alajaji and El-Adawy, 2006).

Tabla 9. Contenido de carbohidratos en el garbanzo

E

al., 2010

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Novoa Luis Tesis/ 31

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varían de 0.72 a 1.81 mg/g de grano para los polifenoles y 14.9 mg/kg de grano para

las antocianinas en general (Xu et al., 2007; Segev et al., 2010; Silva-Cristobel et al.,

2010).

Los ácidos fenólicos, otros compuestos en los que los garbanzos son ricos, se

caracterizan por tener fuertes propiedades antioxidantes además de tener la habilidad

de quelar iones metálicos, jugando así un papel importante en la reducción del estrés

oxidativo en el cuerpo (Tiwari et al., 2009).

2.6. Fenómeno de endurecimiento de leguminosas

El manejo inadecuado de algunas leguminosas como es el almacenaje a altas

temperaturas (>25°C) y a humedades relativas superiores al 65% puede ocasionar el

fenómeno conocido como "difícil de cocer" como sucede con el frijol o el garbanzo.

Este endurecimiento reduce el valor nutricional, incrementa el tiempo de cocción y

cambia los atributos fisicoquímicos, funcionales y sensoriales del garbanzo [13].

J. Ruiz et al, reportan que los frijoles almacenados a altas temperaturas y

humedad experimentan fuertes pérdidas en calidad, particularmente el endurecimiento

que incrementa el tiempo de cocción. Éste endurecimiento puede deberse a varios

factores como son: la conversión de lípidos en polímeros oxigenados; la formación de

pectatos insolubles; la lignificación; la desnaturalización e hidrólisis de la proteína,

todos estos procesos toman lugar en el cotiledón [14]

Se han propuesto varias tecnologías alternativas para utilizar frijoles endurecidos

como la separación por fracciones seca y húmeda, el remojo en soluciones salinas, el

Novoa Luis Tesis/ 32

tratamiento térmico alcalino y la extrusión. Éste último es de especial interés ya que los

productos extrudidos tienen ventajas en características sensoriales ( textura, olor, sabor

y color) y propiedades nutricionales (incremento en contenido protéico y un perfil de

aminoácidos balanceado) [14].

2.7. Chía (Salvia hispánica L.)

2.7.1. Generalidades

El cultivo de la chía data de los tiempos precolombinos dónde fue utilizado para

ceremonias paganas. Actualmente la semilla es una fuente potencial de nutrientes para

la industria alimenticia, ya que gracias a sus propiedades ha crecido en popularidad

saliendo así del anonimato en el que se encontraba. El hecho de que en el año 2009 el

Parlamento Europeo y el Consejo Europeo la aprobaron como "alimento nuevo"

además de que no se han reportado casos de alergias o efectos adversos hacen de la

chía y productos derivados fuentes promisorias de alimentos saludables (Muñoz. 2011)

La chía (Salva hispánica L.) es una planta cultivada de manera bianual

categorizada dentro de la familia Lamiaceae y es nativa de los valles centrales de

México y el norte de Guatemala. Dentro de los nombres comunes para ella destacan el

de chía Mexicana, y chía negra. La planta mide aproximadamente un metro de alto, con

hojas opuestas, pecioladas y serradas. Las semillas son ovaladas, suaves, y brillantes

de colores moteados con café, gris, rojo y blanco y generalmente se encuentran en

grupos de cuatro. Crece en tierras arcillosas y en arenosas y es semi tolerante a

Novoa Luis Tesis/ 33

sequías y a tierras ácidas. Se cultiva principalmente en áreas montañosas (Muñoz et

al.2013).

Una de las ventajas para el cultivo es que sus hojas contienen aceites

esenciales que actúan como repelentes a insectos y por tanto la planta puede crecer

sin la necesidad de pesticidas. En México crece en bosques de juníperos, robles, pinos

y encinos, en los estados de Jalisco y México se cultiva en granjas desde la primavera

tardía hasta el inicio del verano (Muñoz et al.2013). Según SAGARPA en 2014 se

produjeron a rededor de 9,500 toneladas de chía en México. Como la planta es

resistente a climas áridos se vuelve atractiva para países suramericanos como Bolivia,

Colombia y Argentina.

2.7.2. Composición química

La semilla de chía está compuesta por grasa (30-33%), carbohidratos (24-41%),

fibra dietética (18-30%) y proteína (15-25%) y contiene además antioxidantes. Por otro

lado no contiene gluten, ni micotoxinas (Muñoz et al.2013).

La semilla es una fuente natural de ácidos grasos omega-3, fibra, proteínas de

alto valor biológico, antioxidantes naturales, vitaminas y minerales Tabla 10.

T

2.7.2.1.

L

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Novoa Luis Tesis/ 39

finales tales como harinas precocidas, botanas expandidas, cereales para el desayuno,

pasta o proteína texturizada entre otros. En el extrusor la mezcla alimenticia es cocida

de manera termomecánica a alta temperatura bajo presión y cizalla generada en el

ensamble entre el tornillo y el barril. El material fundido es texturizado y formado en el

dado a la salida del tornillo. La acción termomecánica durante la extrusión ocasiona la

gelatinización del almidón, la desnaturalización de la proteína y la inactivación de

enzimas, microbios y otros factores anti nutricionales. Todo esto ocurre en un ambiente

de cizallamiento bajo presión, resultando en una masa plastificada continua

(Battacharya & Prakash, 1994).

Las propiedades del producto están influenciadas por los parámetros de

operación del extrusor tales como la temperatura del barril, del dado, la velocidad del

tornillo, la configuración del tornillo y la forma del dado así como la formulación de las

materias primas en especial humedad y contenidos de proteína, almidón, lípidos y fibra.

Además ingredientes tales como el azúcar, la sal, la proteína, y la fibra pueden afectar

las variables de extrusión del sistema así como también las propiedades del producto

como la textura, la estructura, la expansión y sus atributos sensoriales (Jin, Hsieh, &

Huff, 1994).

La incorporación de fibra dietética en los extrudidos representa un reto ya que

limita la expansión y reduce la cualidad crocante del producto (Mendoza et al. 2000).

2.8.1. Parámetros

N. Singh et al [15], encontraron que las mejores condiciones de expansión para

la harina de avena se obtenían ya sea a 125°C y 22% de humedad o a 175°C y 28% de

Novoa Luis Tesis/ 40

humedad obteniendo una razón de expansión cercana a 4. Es de resaltar que en las

condiciones reportadas se observaron también las presiones más altas de 3.5 y 4 MPa

respectivamente. Estos investigadores mantuvieron las revoluciones constantes (300

rpm) y por tanto la alimentación (40 kg/h) en un extrusor doble.

Para el caso del garbanzo Meng et al [16] mencionan que la adición de la

leguminosa a harinas de arroz redujo la expansión por lo que fue necesario reformular

para obtener un producto más aceptable. La reformulación propuesta fue la siguiente:

60% harina de garbanzo; 23% harina de papa; 15% concentrado de suero de

leche; 1% lecitina; 1% polvo para hornear. Las variables fueron la humedad, la

velocidad del tornillo y la temperatura del barril. Sus resultados en cuanto a la razón de

expansión reflejaron que ésta mejoraba a mayor velocidad del tornillo (344rpm) y baja

humedad (15.3%), notando que el efecto se pierde cuando la humedad se incrementa.

Encontraron además un punto crítico relacionado con la temperatura del barril a 168°C

a partir del cual la expansión decrecía lo cual concuerda con lo encontrado por otros

investigadores quienes encuentran un máximo entre 150 y 170°C. La razón de

expansión encontrada fue de entre 3.06 a 4.99. Estos investigadores encontraron el

mínimo de dureza a 15% de humedad, 299 rpm y 157°C en el barril reportando además

que la dureza se incrementa con la humedad misma que conlleva una menor

expansión [16].

G. Shirani et al condujeron un estudio preliminar de extrusión utilizando un

equipo con dos rotores en el que variaron las concentraciones de garbanzo (50-100%)

y arroz (0-50%) además de la humedad (0.2-1kg/h) y la velocidad del rotor (100-350

Novoa Luis Tesis/ 41

rpm) encontrando como condiciones óptimas la mezcla 70:30, ya que al pasar del 70%

de garbanzo la expansión disminuía, la temperatura del barril fue de 160°C, la

velocidad del rotor 300 rpm y la humedad 0.42 kg/h para una alimentación de 25 kg/h.

Una vez obtenido este producto procedieron a sustituir parte de la mezcla con harina

de fenogreco en un rango del 2 al 10% y con polisacáridos de fenogreco del 5 al 10%

dejando constantes los valores antes mencionados.

J. Milán-Carrillo et al (año) reportan el uso de tres pasos para la preparación y

extrusión de harina de garbanzo: el descascarillado, que consiste en colocar los granos

en un agitador doméstico a baja velocidad para después separar la cascarilla con un

ventilador; el suavizado que se consigue remojando las semillas en una solución salina

(24% humedad 1% NaCl+NaHCO3) por 12 h a 4°C y la extrusión en la que los granos

ajustados a 24% de humedad y fueron molidos para pasar por una criba 100-US previo

a la extrusión en un extrusor de un husillo a 151°C y 189.5 rpm

Los estudios preliminares sobre los cereales (Avena), leguminosas (Garbanzo) y

la semilla de la Chia abren la posibilidad de elaborar un producto alimenticio con alto

poder nutrimental, que podría resolver muchos problemas de salud si este es

consumido en una proporción adecuada de cada cereal, leguminosa y chia. De forma

que el producto procesado por extrusión pueda contener la cantidad de proteínas con

el record de aminoácidos balanceado, contenido de carbohidratos adecuados y algunos

de ellos con propiedades especiales para reducir el colesterol y los azucares en la

sangre. Además de contar con el contenido de lípidos insaturados en la concentración

adecuada para nuestra nutrición. Los lípidos de la chia proveerán los ácidos grasos

Novoa Luis Tesis/ 42

esenciales y el omega 3 y 6 necesarios para nuestra dieta y reducir los problemas de

enfermedades cardiovasculares.

Novoa Luis Tesis/ 43

3. Justificación e Hipótesis

3.1. Justificación

México ocupa uno de los principales lugares de obesidad en el mundo y son las

enfermedades cardiovasculares y la diabetes mellitus las principales causas de

mortandad en el país. Además de que el sobrepeso y la obesidad afectan al 26% de

niños, siendo la Ciudad de México la de mayor prevalencia.

El consumo de granos integrales y fibra dietética en la población está muy por

debajo de las recomendaciones de los organismos de salud a pesar de los beneficios

que estos tienen para coadyuvar al control del peso y la prevención de enfermedades

coronarias y diabetes.

Uno de los procesos de fabricación de productos novedosos es el de extrusión a

través del cual es posible obtener productos más atractivos al consumidor mejorando

su textura y vida de anaquel además de incrementar su digestibilidad y disponibilidad

de nutrientes.

La mezcla de cereales como la avena con leguminosas como el garbanzo

permite la obtención de productos con buena calidad proteica, balance de aminoácidos

a costos bajos. La avena contiene además β-glucanos que mejoran la saciedad y

tienen efectos benéficos en el colesterol y la glucosa en sangre.

La chía es un ingrediente novedoso fuente natural de ácidos grasos omega-3,

fibra soluble, proteínas de alto valor biológico, antioxidantes naturales y vitaminas todos

ellos interesantes para la prevención de enfermedades cardiovasculares y diabetes.

Novoa Luis Tesis/ 44

El proceso de extrusión no es sencillo y la inclusión de aceites, fibra y proteína

en la formulación lo complican aún más de modo que es necesario encontrar los

parámetros óptimos para la fabricación buscando un balance entre nutrimentos y

cualidades texturales.

3.2. Hipótesis

Un suplemento alimenticio a partir de la extrusión de mezclas de harinas de

avena, garbanzo y chía puede coadyuvar a la prevención de la obesidad y sus

padecimientos consecuentes como la diabetes y las enfermedades cardiovasculares.

Novoa Luis Tesis/ 45

4. Objetivos

4.1. General

El objetivo de este trabajo fue desarrollar un complemento alimenticio de alto

valor nutrimental en base a tres ingredientes: garbanzo, avena y chía por el método de

extrusión, listo para su consumo.

4.2. Específicos

- Preparar las harinas de garbanzo, avena y chia para ser acondicionados a la

humedad de extrusión y a las concentraciones en que participan en la formulación

- Realizar una cocción termomecánica de harinas de avena, garbanzo y chía,

estudiando el efecto de la temperatura en el proceso de extrusión.

-Evaluar sus propiedades fisicoquímicas de los productos extrudidos:

Fisicoquímicas: índice de absorción y solubilidad en agua, densidad aparente,

Mecánicas: resistencia a la compresión, tensión y modulo de Young, Térmicas:

transición gomosa, Capacidad Calorífica, temperatura y entalpia de fusión y

microestructura por SEM.

Novoa Luis Tesis/ 46

5. Materiales y Métodos

5.1. Materiales

Los granos de avena, garbanzo y chía fueron adquiridos en la central de abastos

de la Ciudad de México (Comercial de Nueces Finas y Semillas, S.A. De C.V) y

almacenados en costales a temperatura ambiente antes de ser acondicionados. Los

reactivos empleados en la investigación fueron adquiridos de Sigma Aldrich México.

5.2. Molienda y acondicionado

Los granos seleccionados fueron molidos en un molino de discos (marca Bauer

Bros. mod 148-2, Ontario, Canadá) hasta pasar por un cernidor mesh 60 y

posteriormente se mezclaron y acondicionaron. Las concentraciones y humedad de

acondicionamiento fueron establecidas por un diseño de experimentos central

compuesto siendo las variables independientes la humedad (18-25%) y la relación

avena garbanzo fue variada de (10-80%) para ambas harinas, la proporción de chía se

mantuvo constante al 10%.

Para el acondicionamiento, una muestra de harina de 2 g se secó a peso

constante en un horno de secado a 90ºC para determinar la humedad inicial (La

humedad fue determinado por el método AACC no. 44-19 [12]. 2000) y se utilizó el

sistema de balance de masas para el cálculo de la masa de agua a adicionar a la

mezcla. El agua se adicionó por medio de un aspersor manual durante el mezclado.

El mezclado se realizó en un mezclador (marca Effort Maskinfabrik, modelo

Maren tipo 10, Copenhague, Dinamarca) a velocidad 3 por 30 minutos. Las harinas

preparadas se mantuvieron en refrigeración por 24 horas a 8ºC antes de ser extrudidas.

5.3. Mét

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1. El

Novoa Luis Tesis/ 48

barril tiene tres secciones donde se controla de forma independiente el calentamiento y

el enfriamiento con resistencias eléctricas y canales de aire de enfriamiento. La relación

de compresión del tornillo fue de 2.5:1. El diámetro de la boquilla fue 19.76 mm. Se

utilizaron tres termopares para monitorear las temperaturas de barril y un termopar

extra en el plato del dado de salida para medir la temperatura del producto en el dado.

Los materiales fueron alimentados al extrusor a una velocidad de 15 (rpm),

controlándola con un motor Baldor Electrical Co. (Cat. GPP7454 MDF, FT Smith, Ark,

USA) y el extrusor operó a una velocidad constante de 40 rpm, controlado por un

convertidor de frecuencia (Hitachi SJ-100, USA). La potencia eléctrica total del extrusor

instalado fue de 10.46 KW incluyendo las resistencias eléctricas para la sección de

barril. El proceso se llevo a cabo a diferentes temperaturas, contenidos de humedad y

la mezcla de harinas fue alimentada a través de un alimentador con control de flujo de

acuerdo al diseño experimental (Tabla 1). Finalmente las muestras fueron secadas en

una estufa de aire forzado a 55°C. Los productos finales tuvieron un contenido de

humedad de 7 3% y fueron almacenados en bolsas de polietileno hasta que fueron

analizadas.

5.5. Caracterización de muestras extrudidas

5.5.1. Preparación y acondicionamiento

Previo a la medición, el material extrudido se sometió a un proceso de secado para el

cual se utilizó un secador de charolas (F.J. Stokes Corp. Pensilvania, EUA) a una

temperatura de 90 grados por 12 h.

Después del secado las muestras se sometieron a una molienda con un pulverizador

modelo Laboratory Mill (Raymond Pulverizer Division, EUA) con martillos tipo estribos,

hasta pasar la malla 60 (0.25mm de abertura) y almacenadas a temperatura ambiente

(25°C) en bolsas herméticas de polietileno.

5.6. Densidad aparente (DA)

Para el análisis de densidad aparente (DA) se cortaron muestras de los extrudidos en

segmentos de 5 cm de longitud y se pesaron. En un vaso de acero inoxidable se

colocaron suficientes semillas de chía para cubrir el vaso hasta el tope y el excedente

Novoa Luis Tesis/ 49

se retiró con una regla de una sola vez y en dirección única, posteriormente las

semillas en el vaso fueron recolectadas en otro contenedor para su uso subsecuente.

Una vez vaciado el vaso se colocaron aproximadamente 100 g de muestra extrudida en

el mismo y se cubrieron con las semillas recolectadas, el excedente se retiró con una

regla de una sola vez y en dirección única. El excedente se recolectó en una charola y

se midió su volumen obteniéndose la DA de la siguiente manera:

DA = Masa de la muestra (g) / volúmen de las semillas excedentes (ml)

La prueba se realizó por triplicado para cada corrida y se registró el promedio.

5.7. Índice de Absorción de Agua (WAI), Índice de solubilidad en agua (WSI)

Ambos índices ISA e IAA fueron determinados de acuerdo al método de Anderson y

col., 1982. Se pesaron 2.5 g de muestra en tubos falcón puestos previamente a peso

constante, se hidrataron con 40 ml de agua y se agitaron en forma intermitente por 30

minutos a 30 grados, posteriormente, se centrifugaron a 3000 x g durante 10 minutos

(International Centrifuge size 2 model k, Colorado, EUA) se decantó el sobrenadante y

se tomó el peso del sedimento, con lo cual se calculó el porcentaje de absorción de

agua, utilizando la siguiente fórmula:

IAA = Peso gel / Peso muestra

El número reportado se obtuvo a partir del promedio de 10 muestras.

Para la determinación del ISA, se tomó una alícuota del sobrenadante y se colocó en

charolas de secado puestas previamente a peso constante para posteriormente

secarse en una estufa a 90 grados por 24 hrs. Pasado el tiempo se pesaron las

charolas y se calculó el porcentaje de solubilidad, utilizando la siguiente fórmula:

ISA= (Sólidos recuperados en secado / Sólidos totales) x 100

Novoa Luis Tesis/ 50

El número reportado se obtuvo a partir del promedio de 10 muestras.

5.8. Propiedades térmicas

Determinación de la transición de fase por Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC)

El análisis de Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC por sus siglas en inglés) se

realizó en un equipo Perkin Elmer (Pyris 1) empleando un peso promedio de muestra

de 10 mg de harina previamente acondicionada con una relación de harina: agua de

2:1 respectivamente.

Las muestras se colocaron en cápsulas de aluminio (KIT No 0219-0062 PERKIN

ELMER de 10 mm de diámetro por 5 mm de alto) y se sellaron herméticamente para

prevenir la pérdida de agua y se colocaron en el equipo, utilizando una cápsula vacía

como referencia, dónde la velocidad de calentamiento fue de 10 ºC/min obteniendo los

termogramas en un intervalo de temperatura de 25 a 180 ºC. A los termogramas se les

descontó la línea base utilizando dos cápsulas vacías como referencia. Una charola

vacía e Indio fueron empleados como referencia para calibrar el DSC. Los parámetros

de temperatura de transición vítrea (Tg) y temperatura de fusión (Tm) fueron obtenidos

del software Pyris directamente.

5.9. Espectroscopia Infrarrojo

Se obtuvo el espectro infrarrojo para cada una de las muestras utilizando un equipo

FTIR modelo IRAffinity-1 (Shimadzu Corp. Japón), los polvos se colocaron sobre un

módulo de muestreo de reflactancia total atenuada (ATR) modelo MIRacle (Pike

Technologies, Wisconsin, EUA) y el barrido se realizó en un intervalo de número de

onda de 400 a 4000 cm-1.

5.10. Pruebas Texturales

La prueba se realizo con extrudidos secos de 4cm de longitud tomados aleatoriamente

de cada muestra experimental. Para la determinación de dureza, se utilizó un equipo

TA-XT2i (Texture Technologies Corp., Nueva York, EUA) con una sonda de 4 mm de

diámetro de acero inoxidable modelo P/4N. La prueba se realizó con una velocidad de

penetración de 2 mm/s, y una distancia de recorrido de 4 mm, con una celda de carga

Novoa Luis Tesis/ 51

de 25 kg y la fuerza de disparo de 50g. La prueba se realizó por triplicado y se obtuvo

una gráfica promedio a través del software del instrumento. Se determinó la fuerza

máxima (g) necesaria para atravesar la muestra por completo.

5.11. Microscopía electrónica de barrido

Las harinas crudas y las extrudidas se fijaron en un portamuestra con cinta de carbón y

recubiertas con una capa de 3 nm de Au Pd por el método de sputtering con un equipo

modelo Desk IV (Denton Vacuum, LLC., Nueva Jersey, EUA). Las evaluaciones de

microestructura se realizaron con un microscopio electrónico de barrido JSM-6390LV

(JEOL LTD., Japón) obteniendo las micrografías.

5.12. Diseño Experimental y Análisis de Datos

Para analizar la influencia de las variables independientes sobre las propiedades

térmicas y mecánicas de los extrudidos mezclas de harinas y chia, se utilizo la

Metodología de Superficie de Respuesta (RSM) para construir los modelos

matemáticos para interpretar la relación entre las variables independientes y

dependientes. Todos los tratamientos fueron hechos aleatoriamente y los datos fueron

analizados utilizando el programa estadístico Design-Expert 7.0.3 (Stat-Ease Inc.

Minneapolis, MN). La idoneidad de los modelos fue probada mediante el uso del

análisis de varianza (la prueba F y el coeficiente de determinación R2). El diseño

experimental, las variables independientes y sus niveles de variación se muestran en

las Tabla 1 y 2.

El diseño experimental se basó en un diseño central compuesto con 6 seis puntos

centrales para determinación del error y tres variables independientes numéricas con

cinco niveles que generaron veinte corridas Tabla 16. Los niveles de las variables

independientes se muestran en la Tabla 17 y éstas últimas fueron la temperatura a la

salida del dado (A), el porcentaje de humedad de la mezcla (B) y la proporción de

avena y garbanzo en la mezcla (C).

Las variables de respuesta fueron el índice de solubilidad en agua (ISA, %), el índice

de absorción de agua (IIA, %), el índice de expansión (IE, %), el mayor pico detectado

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52

pico

Novoa Luis Tesis/ 53

6. Resultados y Discusión

6.1. Análisis estadístico de las propiedades de los productos extrudidos.

El análisis estadístico de las propiedades fisicoquímicas (Tabla 10), muestra que

algunas propiedades no presentan variación como efecto de la variación de los factores

dentro de los niveles seleccionados. Las demás propiedades al ser evaluadas por

software Design Expert 8.0.0 muestran que por la prueba de F los modelos son

significativos teniendo coeficientes de variación bajos y el coeficiente de variación (R2)

es alto, lo que indica que el modelo representa adecuadamente a los valores

experimentales a través del modelo matemático. Por lo cual se puede realizar gráficos

de superficie de respuesta a través de estos modelos, y con estos gráficos poder

interpretar el efecto de los factores a los diferentes niveles en cada respuesta.

Tabla 18. Modelos matemáticos y análisis estadístico de validación.

Propiedades Fisicoquímicas de los extrudidos

Coeficientes

del Modelo

Índice de

Solubilidad

(ISA)

Índice de

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(IAA)

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42

Novoa Luis Tesis/ 54

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X12 2.8322*10-3 -9.514*10-4 ns ns

X22 -0.018877 ns ns ns

X32 -3.4953*10-4 ns ns ns

P < F 0.0037 0.0302 0.7711 0.0250 0.8168

CV (%) 12.65 20.48 36.72 2.35 47.55

R2 0.8529 0.6530 0.3514 0.8888 0.2262

Donde los coeficientes se identifican como X1= Temperatura, X2=humedad, X3=Concentración

6.2. Dureza

La Figura 4a muestra la gráfica de superficie de respuesta obtenida por la

aplicación Design Expert para la variable de respuesta de Dureza en base a la

concentración y la humedad, en esta podemos ver que para toda concentración la

dureza es proporcional al aumento en humedad, alcanzándose el máximo con un 28%

de humedad y 65% de garbanzo, con esta misma concentración es también posible

alcanzar el mínimo que se consigue con 14% de humedad. La humedad afecta más

que los otros factores en la dureza es decir a bajos valores de humedad (14 a 18%) se

tienen menor dureza de los extrudidos, cuando incrementa la humedad (18 a 25%)

aumenta la dureza, reforzando las observaciones indicadas en las propiedades

evaluadas anteriormente de temperatura de fusión.

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Luis Tesis/ 58

Novoa Luis Tesis/ 59

En estas fotografías se observa los diferentes texturas que se han obtenido

después que las harinas de garbanzo, avena y chia fueron extrudidas, como se

observa se tiene estructuras muy densas (Figura 5a) y otras muy expandidas (Figura

5b) que no formaron cilindros y se texturizaron perdiendo la forma y las intermedias

(Figura 5c) que se texturizan pero que no expanden demasiado manteniendo la forma

cilíndrica, debido a las condiciones de humedad y temperatura de extrusión que

adquieren expansión siendo algunas de ellas muy crocantes y quebradizas.

6.3. Índice de Solubilidad en agua (ISA)

La Figura 6 muestra la gráfica de superficie de respuesta para la variable de

respuesta ISA. En ella podemos observar que a 12% de harina de garbanzo que la

variación de temperatura y humedad no tiene un efecto en la variación del índice de

solubilidad (ISA) de los productos extrudidos. Únicamente se observa que ha mayores

temperaturas de 193°C y alta humedad se incrementa la solubilidad, probablemente

por la mayor dextrinización de los almidones de las harinas de las leguminosas y

cereales. Cuando se incrementa la concentración de garbanzo a 45% y 78% se

observa que los valores de ISA incrementan para menores niveles de humedad de 15%

y de temperatura 126°C, este fenómeno se puede deber a que como lo reportan

(Ramírez et al, 2008) la viscosidad del fluido a temperaturas bajas es mayor y por tanto

el efecto de la cizalla es igualmente mayor, provocando rompimiento en las estructuras

de los polímeros, acortando las cadenas que resultan en compuestos más solubles.

Dado que la composición del alimento es mayoritariamente almidón, podemos pensar

Novoa Luis Tesis/ 60

que las cadenas de azúcares se rompen de forma similar a lo que ocurre con la

hidrólisis, formando polímeros de menor peso molecular que son más fáciles de

solubilizar (Fernández et al, 2004). A temperaturas altas sin embargo, el efecto de la

concentración de garbanzo no incrementa la solubilidad, esto debido igualmente al

efecto de la viscosidad que es menor resultando en menor cizalla.

Concentración de Garbanzo 12% 

  Concentración de Garbanzo 45% 

  Concentración de Garbanzo 78% 

15 17

18 20

22 24

25 27

126

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166

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Temperatura (°C) Humedad (% p/p)

Novoa Luis Tesis/ 61

   

Figura 6. Superficies de respuesta del índice de solubilidad de productos

nutricionales extrudidos, manteniendo constante la concentración de garbanzo: a) 12%,

b) 45% y c) 78%.

6.4. Índice de Absorción en agua (IAA)

En la figura 7 se observa las superficies de respuesta del índice de absorción de los

productos extrudidos. Donde los mayores valores de IAA se tienen para una interacción

de los factores de temperatura y humedad, es decir cuando disminuye la humedad y se

incrementa la temperatura de extrusión de forma proporcional se mantiene los valores

altos de IAA, manteniendo constante la concentración de harina de garbanzo a 12%. Si

se mantiene constante la temperatura (valores menores a 150°C) y se disminuye la

humedad los valores de IAA disminuyen, este comportamiento se mantiene para las

diferentes concentraciones de harina de garbanzo durante la extrusión. En la medida

que se incrementa la concentración de garbanzo disminuye los valores de IAA. Este

comportamiento del índice de absorción de agua por los productos extrudidos, se debe

probablemente a que las proteínas de la leguminosa al ser desnaturalizadas por la

temperatura de extrusión pierden la capacidad de hidratación, pasando de la forma

15 17

18 20

22 24

25 27

126

139

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Temperatura (°C) Humedad (% p/p)

Novoa Luis Tesis/ 62

globular a la fibrilar (Fernández et al, 2004) reduciendo así su capacidad para retener

agua como lo observaremos más adelante en las micrografías de SEM.

La avena y la chia contribuyen en la atenuación de la hidratación de los

extrudidos por que podrían formarse complejos de los lípidos con los almidones de la

avena evitando su dextrinización o ruptura de los enlaces glucósidicos por efecto de la

temperatura y efecto de cizalla mecánica por la extrusión y los que no se forman

complejos se hidratan aumentando los valores de IAA.

Índice de Absorción de agua a 12% de garbanzo

  Índice de Absorción de agua a 45 % de garbanzo  

 Índice de Absorción de agua a 78% de garbanzo

15 17

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22 24

25 27126

139

153

166

180

193

0

1

2

3

4

5

6

In

dic

e d

e a

bso

rcio

n (

%)

Temperatura (°C) Humedad (% p/p)

Novoa Luis Tesis/ 63

 Figura 7. Superficies de respuesta del índice de absorción de productos

nutricionales extrudidos, manteniendo constante la concentración de garbanzo: a) 12%,

b) 45% y c) 78%.

 

6.5. Micrografías de los extrudidos observados por SEM

En las imágenes de SEM, se observa que en la figura 7a harina de garbanzo sin

extrudir, mostrando el granulo de almidón entero sin ninguna modificación y otros

gránulos se encuentran recubiertos de proteínas. De igual forma se tiene también los

gránulos de almidón de la avena. Cuando las harinas fueron extrudidas o modificadas

termomecánicamente las estructuras naturales se alteran, pasando el almidón a

gelatinizarse y la proteína a desnaturalizarse transformándose la proteína globular de

las albuminas a la forma fibrilar (figura 7b), es decir se texturiza adquiriendo la forma de

fibras o paquetes fibrilares donde se encuentran embebidos los carbohidratos

gelificados junto con los lípidos de la chia (Ramírez et al, 2008) reduciendo así su

capacidad para retener agua.

a)

15 17

18 20

22 24

25 27126

139

153

166

180

193

0

1

2

3

4

5

6

In

dic

e d

e a

bso

rcio

n (

%)

Temperatura (°C) Humedad (% p/p)

b

F

)

c)

Figura 7. Micrografías dde SEM de

e muestras, a) sin extru

Novoa

udir y b) y c

Luis Tesis/

c) extrudida

64

as

6.6. Ca

Los gráf

tiene un

para pro

cercano

proteína

Si se co

fundidos

liberand

Un com

agudo a

alorimetría

ficos de las

na temperat

oducir la tra

a la prim

a de la aven

ontinua con

s cuando

o una ener

mportamient

a la tempera

a Diferencia

s propiedad

tura de fusi

ansición de

mera fusión

na aunque

n el sumini

alcanzan u

rgía de -52.

to muy sim

atura de de

al de barrid

des térmica

ión a 104.5

fase o fusi

n probable

tiene una

istro de en

una tempe

925 J/g, au

milar tiene l

esnaturaliza

do (DSC) d

s de las ha

5°C necesit

ión de la ha

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menor prop

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eratura de

unque el áre

a harina d

ación de la

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arinas de av

tando una e

arina. Tam

debe a la

porción com

componente

309.47°C

ea es muy

e garbanzo

proteína 1

Novoa

ductos ext

vena indica

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a desnatura

mparado co

es de la h

sufren un

pequeña (-

o pero tien

06.45°C, c

Luis Tesis/

rudidos

an que la av

∆H=627.68

un hombro

alización d

on el garba

arina de av

a cristaliza

-344.013 m

ne un pico

con una ene

65

vena

8 J/g

muy

de la

anzo.

vena

ación

mJ).

muy

ergía

de ∆H=

energía

Figura 8

fueron e

=864.984 J

liberada de

8. Termogra

extrudidas

J/g, presen

e ∆H= -14.5

amas (DSC

ntando tam

52 J/g.

C) de harin

mbién una

nas de a) a

cristalizaci

avena, b) g

Novoa

ión a 287.

garbanzo y

Luis Tesis/

.65°C con

c) chia qu

66

una

ue no

Novoa Luis Tesis/ 67

La chia a diferencia de los otros componentes solo presenta una fusión a temperatura

de 91.49°C con ∆H=273.39J/g, esta transición de fase probablemente se debe a los

lípidos que contiene la chia no teniendo transiciones de fase a mayores temperaturas.

Estos termogramas de las harinas evaluadas en forma independiente nos facilitaron en

la evaluación cuando las harinas fueron procesadas por extrusión. En las figuras 9 se

presentan las superficies de respuesta de la temperatura de fusión de los productos

extrudidos, manteniendo constante la humedad a 18% (Figura 9a) se observa que la

variación de temperatura y concentración de garbanzo no tienen efecto en la variación

de la temperatura de fusión de los extrudidos, es decir que los extrudidos no tienen

modificación en la temperatura de fusión todas son muy similares. Cuando se

incrementa la humedad a 21.5% se tienen temperaturas de fusión de 106.5°C para

180°C de temperatura de extrusión y cuando se disminuye esta temperatura a 140°C

también disminuye la temperatura de fusión. Este comportamiento probablemente se

debe a que alta temperatura de extrusión los carbohidratos y las proteínas se funden y

forman estructuras más densas por la interacción entre ellas. Cuando enfriados los

polímeros retrogradan en estructuras compactas, requiriendo mayor temperatura para

fundirse. Cuando se realiza la extrusión a temperaturas menores de 140°C, no se

llegan a fundirse completamente los polímeros durante el proceso y por lo tanto para

alcanzar la temperatura de fusión de los extrudidos también lo hacen a menores

temperaturas cercanas a 100°C, no observando efecto de la variación de la

concentración de garbanzo o avena.

Para 25% de humedad de extrusión (Figura 9c) se mantiene el comportamiento anterior

a 21.5%, sin embargo a mayores temperaturas de extrusión (180°C), la temperatura de

Novoa Luis Tesis/ 68

fusión disminuye. La humedad a altas temperaturas logra gelatinizar más los almidones

y desnaturalizar las proteínas por lo que puede el efecto termomecánico de extrusión

provocar la dextrinización o disminución del peso molecular por la ruptura de los

enlaces glucosídicos. Esta dextrinizacion de los extrudidos hace que se requiera menor

temperatura para alcanzar la fusión con 25% de garbanzo, valores similares a los

obtenidos cuando las harinas fueron evaluadas sin extrudir.

Humedad de 18%

Humedad de 21.5%

Humedad de 25%

140.0

148.0

156.0

164.0

172.0

180.025.0

33.0

41.0

49.0

57.0

65.0

90.0

93.3

96.7

100.0

103.3

106.7

110.0

Te

mp

era

tura

de

fusi

on

(°C

)

Concentracion Garbanzo (%)

Temperatura (°C)

140.0

148.0

156.0

164.0

172.0

180.025.0

33.0

41.0

49.0

57.0

65.0

90.0

93.3

96.7

100.0

103.3

106.7

110.0

Te

mp

era

tura

de

fusi

on

(°C

)

Concentracion Garbanzo (%)

Temperatura (°C)

Novoa Luis Tesis/ 69

Figura 9. Superficies de respuesta de termogramas de productos extrudidos,

manteniendo constante la humedad de extrusión: a) 18%, b) 21.5% y c) 25%.

La energía (entalpia ∆H) requerida para fundir los productos extrudidos no

tuvieron diferencias significativas entre los niveles de los factores estudiados, una vez

que el análisis de varianza indica que el valor de F no es significativo P< 0.8168. Como

lo muestra la figura 10, para las variaciones de nivel de la temperatura, humedad y

concentración de garbanzo y avena de los extrudidos, es decir que para fundir ellos

requieren similar energía para todas las muestras.

Figura 10. Superficies de respuesta de la entalpia ∆H de productos extrudidos.

140.0

148.0

156.0

164.0

172.0

180.025.0

33.0

41.0

49.0

57.0

65.0

90.0

93.3

96.7

100.0

103.3

106.7

110.0

Te

mp

era

tura

de

fusi

on

(°C

)

Concentracion Garbanzo (%)

Temperatura (°C)

18.00 19.00

20.00 21.00

22.00 23.00

24.00 25.00

140.00 148.00

156.00 164.00

172.00 180.00

100

200

300

400

500

600

700

En

talp

ia

Temperatura (°C) B: Humedad

Novoa Luis Tesis/ 70

7. Conclusiones.

La mezcla de las harinas de garbanzo, avena y chia al ser extrudidos

presentaron texturas en algunos casos muy expandidas crocantes y frágiles, pero no

mantenían la forma cilíndrica. Estas muestras por lo general se encontraban

texturizadas y con menor peso específico, que cuando reconstituidas en agua podrían

formar texturas semejantes a la carne y ser buenos substitutos de la carne animal.

También se tiene productos extrudidos muy densos que no alcanzaron una

adecuada texturización de las proteínas del garbanzo y de la avena, como

consecuencia de la menor temperatura de extrusión y bajas humedades, no teniendo

efecto la variación de la concentración de las harinas.

Los lípidos de la chia en la mezcla de las harinas probablemente forma

complejos con los carbohidratos de las harinas modificando su textura, este

comportamiento se observara mejor cuando se tiene mayor concentración de avena en

relación al garbanzo.

Se observó que ha mayores temperaturas de 193°C y alta humedad se

incrementa la solubilidad, probablemente por la mayor dextrinización de los almidones

de las harinas de las leguminosas y cereales. También a temperaturas bajas la

viscosidad del fluido es mayor y por tanto el efecto de la cizalla es igualmente mayor,

provocando rompimiento en las estructuras de los polímeros, acortando las cadenas

que resultan en compuestos más solubles.

Novoa Luis Tesis/ 71

11. Bibliografía

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Novoa Luis Tesis/ 73

Anexos Response 5 Entalpia ANOVA for Response Surface Reduced Quadratic Model Analysis of variance table [Partial sum of squares - Type III] Sum of Mean F p-value Source Squares df Square Value Prob > F Model 1.344E+005 7 19206.83 0.50 0.8168 not sign A-Temperatura 21400.04 1 21400.04 0.56 0.4693 B-Humedad 28566.15 1 28566.15 0.75 0.4049 C-Concentracion 29585.30 1 29585.30 0.77 0.3969 AB3341.94 1 3341.94 0.087 0.7728 AC6957.16 1 6957.16 0.18 0.6776 BC11926.32 1 11926.32 0.31 0.5872 A232670.88 1 32670.88 0.85 0.3741 Residual 4.599E+005 12 38325.98 Lack of Fit 3.074E+005 7 43919.22 1.44 0.3556 not sign Pure Error 1.525E+005 5 30495.44 Cor Total 5.944E+005 19 Std. Dev. 195.77 R-Squared 0.2262 Mean 411.71 Adj R-Squared -0.2252 C.V. % 47.55 Pred R-Squared -2.0809 PRESS 1.831E+006 Adeq Precision 2.793

Novoa Luis Tesis/ 74

Response 1 ISA ANOVA for Response Surface Quadratic Model Analysis of variance table [Partial sum of squares - Type III] Sum of Mean F p-value Source Squares df Square Value Prob > F Model 105.27 9 11.70 6.44 0.0037 signific A-Temperatura 6.10 1 6.10 3.36 0.0967 B-Humedad 1.73 1 1.73 0.95 0.3520 C-Concentracion 58.28 1 58.28 32.11 0.0002 AB11.26 1 11.26 6.20 0.0320 AC5.23 1 5.23 2.88 0.1203 BC1.74 1 1.74 0.96 0.3506 A218.49 1 18.49 10.19 0.0096 B20.77 1 0.77 0.42 0.5294 C20.28 1 0.28 0.16 0.7019 Residual 18.15 10 1.82 Lack of Fit 8.58 5 1.72 0.90 0.5459 not sign Pure Error 9.57 5 1.91 Cor Total 123.42 19 Std. Dev. 1.35 R-Squared 0.8529 Mean 10.65 Adj R-Squared 0.7206 C.V. % 12.65 Pred R-Squared 0.3554 PRESS 79.55 Adeq Precision 9.942

Novoa Luis Tesis/ 75

Response 2 IAA ANOVA for Response Surface Reduced Quadratic Model Analysis of variance table [Partial sum of squares - Type III] Sum of Mean F p-value Source Squares df Square Value Prob > F Model 9.88 5 1.98 3.46 0.0302 signific A-Temperatura 1.43 1 1.43 2.50 0.1359 B-Humedad 1.05 1 1.05 1.84 0.1967 C-Concentracion 1.08 1 1.08 1.90 0.1898 AB4.20 1 4.20 7.36 0.0169 A22.13 1 2.13 3.72 0.0741 Residual 7.99 14 0.57 Lack of Fit 4.03 9 0.45 0.56 0.7849 not sign Pure Error 3.96 5 0.79 Cor Total 17.87 19 Std. Dev. 0.76 R-Squared 0.5530 Mean 3.69 Adj R-Squared 0.3934 C.V. % 20.48 Pred R-Squared -0.0648 PRESS 19.03 Adeq Precision 6.427

Novoa Luis Tesis/ 76

Response 3 Densidad ANOVA for Response Surface Quadratic Model Analysis of variance table [Partial sum of squares - Type III] Sum of Mean F p-value Source Squares df Square Value Prob > F Model 1.51 9 0.17 0.60 0.7711 not sign A-Temperatura 1.788E-003 1 1.788E-003 6.419E-003 0.9377 B-Humedad 0.18 1 0.18 0.64 0.4435 C-Concentracion 0.075 1 0.075 0.27 0.6161 AB2.935E-003 1 2.935E-003 0.011 0.9203 AC6.168E-003 1 6.168E-003 0.022 0.8847 BC0.13 1 0.13 0.47 0.5103 A20.40 1 0.40 1.45 0.2566 B20.82 1 0.82 2.93 0.1178 C20.021 1 0.021 0.075 0.7892 Residual 2.79 10 0.28 Lack of Fit 0.62 5 0.12 0.28 0.9033 not sign Pure Error 2.17 5 0.43 Cor Total 4.29 19 Std. Dev. 0.53 R-Squared 0.3514 Mean 1.44 Adj R-Squared -0.2324 C.V. % 36.72 Pred R-Squared -0.8180 PRESS 7.81 Adeq Precision 2.360

Novoa Luis Tesis/ 77

Concentracion de 65% garbanzo

Response 4 Peak ANOVA for Response Surface Reduced Cubic Model (Aliased) Analysis of variance table [Partial sum of squares - Type III] Sum of Mean F p-value Source Squares df Square Value Prob > F Model 340.52 12 28.38 4.66 0.0250 signific A-Temperatura 28.42 1 28.42 4.67 0.0675 B-Humedad 10.97 1 10.97 1.80 0.2212 C-Concentracion 4.08 1 4.08 0.67 0.4396 AB6.44 1 6.44 1.06 0.3377 AC15.57 1 15.57 2.56 0.1538 BC20.64 1 20.64 3.39 0.1080 A254.26 1 54.26 8.92 0.0203 B27.94 1 7.94 1.31 0.2908 C214.28 1 14.28 2.35 0.1694 ABC 49.21 1 49.21 8.09 0.0249 A2B85.72 1 85.72 14.09 0.0071 AB245.91 1 45.91 7.54 0.0286 AC20.000 0 BC20.000 0 Residual 42.59 7 6.08 Lack of Fit 5.68 2 2.84 0.38 0.6994 not sign Pure Error 36.92 5 7.38 Cor Total 383.11 19

18.00 19.00

20.00 21.00

22.00 23.00

24.00 25.00

140.00

148.00

156.00

164.00

172.00

180.00

0.5

1

1.5

2

2.5

De

nsi

da

d

A: Temperatura B: Humedad

Std. De Mean 0.6982 C.V. % -0.1830 PRESS 9.421

D

de garb

termogra

respectiv

de amb

proceso

 

ev.

% 0 S

De acuerdo

banzo de

amas obte

vamente d

os se ha f

de extrusió

a la gráfica

10% y un

nidos por

onde pode

fundido por

ón.

2.4104.8

2.3

453.2

a (Figura 1)

na temper

DSC para

emos obser

r completo

4788

35

22

) el mínimo

atura de

la avena y

rvar que a

pareciend

lo encontra

160ºC lo

y el garban

la tempera

do ésta la t

Novoa

R-Squ Adj

Pred

Adeq

amos a una

cual conc

nzo de las

atura de 16

temperatur

Luis Tesis/

uared 0.8R-Squ

R-Squ

q Prec

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cuerda con

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78

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