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INTRODUCCION. La población infantil tiene una gran preferencia por los alimentos denominados “Chatarra”, los cuales únicamente proporcionan energía, con un aporte muy limitado de proteínas, debido a lo cual las Secretarías de Salud y de Educación del Estado de Durango, han iniciado una Campaña en las Escuelas de Educación Básica, para disminuir el consumo de los mismos, para que en un futuro, no se vendan en las cooperativas o tienditas escolares. Dentro de los alimentos más consumidos por la población infantil en edad escolar, se encuentran los productos tipo Botanas, elaborados en un gran porcentaje a partir de Maíz, con un contenido limitado de proteínas, por lo que se consideró adecuado, para sustituir a este tipo de productos, elaborar un alimento que tuviera un contenido superior de proteínas, que los comerciales, es decir, que fuera de alto valor nutricional y de gran aceptación, razón por la que se consideró importante desarrollar un Producto Base para elaborar un Alimento tipo Botana a partir de mezclas de Maíz-Garbanzo con una proporción 70-30%, que proporcionen un perfil óptimo de aminoácidos esenciales recomendados por la FAO-OMS. Una gran parte de la población de los países en vías de desarrollo consume dietas pobres en proteínas (Broockwalter y col., 1971, Silaula y col., 1989). Debido a esto, en la actualidad se ha intensificado el interés por la producción de alimentos de alto valor nutricional (Falcone y Phillips., 1988, Camire y King. 1991., Lee y col 1998) y de bajo costo, por lo que la producción de tales alimentos deberá involucrar procesos y materias primas baratas. El garbanzo es un ingrediente importante en la dieta mediterránea y asiática, por ser de una riqueza considerable en lo que a aportes nutritivos se refiere, por lo que también se le conoce en esos lugares como “La carne del pobre”. Los garbanzos pueden comerse cocidos, tostados, fritos e incluso en forma de harina. Los garbanzos se conservan mucho tiempo y una vez cocinados pueden ser congelados durante muchos meses. Esta leguminosa es un producto con un alto valor nutritivo, cuyo contenido es de 19.7% de proteína, 60.7% de carbohidratos, 6.0% de grasa y ciertos minerales como hierro y calcio, superando en contenido proteico al huevo y a la leche, e igualando casi a la carne, la que tiene 21.3%. Es por ello que ante los altos índices de desnutrición que enfrenta nuestro país, se debe fomentar de manera decidida su cultivo a fin de que forme parte de la dieta del mexicano, pues es barato y nutritivo. (SAGARPA, 1997). El garbanzo ha sido un grano altamente consumido en el continente asiático a tal grado que en esa región se encuentra concentrada cerca del 85% de la producción mundial y aproximadamente el 60% de las importaciones de garbanzo las realiza ese continente. Sin embargo, existen otros países como España que está dentro de los principales demandantes del producto, con un importante mercado para los países productores, dado que India, el principal productor mundial con cerca del 60%, destina la totalidad de ésta a su consumo interno, e incluso tiene que importar cantidades adicionales. En el mundo se siembran poco más de 10 millones de hectáreas de garbanzo, aproximadamente 7 millones se cultivan en la India, seguido de Pakistán y Turquía. En Europa los principales productores son España, Italia y Portugal. En Latinoamérica la mayoría del cultivo se produce en México con un total de 200 mil toneladas anuales, teniendo mayor producción en los estados de Sonora, Sinaloa y Baja California Sur (SAGARPA). Figura I. FIGURA I 350,000 300,000 Volumen Total de Produción de Garbanzo y principales Estados productores TnTOTAL TnSINALOA TnSONORA TnBCS 250,000 200,000 150,000 100,000 50,000 ‐ 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 FUENTE: SERVICIO DE INFORMACION AGROALIMENTARIA Y PESQUERA, SAGARPA Actualmente, de estas 200 mil toneladas de garbanzo se exportan aproximadamente 142 mil toneladas, por lo cual aproximadamente 58 mil toneladas son comercializadas de manera limitada sin que hasta el momento se plantee una salida adecuada para este garbanzo, lo que representa un factor limitante para los productores; dentro de este esquema el proceso de extrusión ofrece una alternativa adecuada para este producto. La Rezaga de garbanzo, producto resultante del cribado del grano, está formada por garbanzo quebrado, pequeño y semilla de baja densidad, el cual representa el 29% del volumen total de producción y a la fecha es subutilizada, por lo que es necesario el desarrollo de tecnologías que permitan incrementar el valor agregado así como también, que ofrezcan alimentos nutritivos que puedan desplazar a los denominados productos Chatarra, y que son de amplio consumo por la población infantil, todo esto redundará en un beneficio social. El proceso de Extrusión-cocción representa una buena opción tecnológica, para elaborar una amplia gama de productos con alto contenido de proteínas de diferentes fuentes, destacando las Leguminosas, como el garbanzo y el frijol. Algunos autores catalogan a las leguminosas como “la carne de los pobres” porque poseen un alto contenido de proteína comparadas con otras fuentes de origen vegetal. Su patrón de aminoácidos está cercano al ideal para el hombre (Aguilera y Stanley, 1985), las proteínas se complementan al mezclarlas con las de los cereales como el maíz y el trigo (Clark 1978). La Extrusión de estas mezclas permite desarrollar una gran variedad de productos de alto valor nutricional y de bajo costo, por lo que se ha convertido en uno de los procesos más populares en la industria alimentaria (Gujska y Khan, 1990). OBJETIVOS: GENERAL • Optimizar el proceso de Extrusión para preparar un producto base para botanas de una mezcla maíz-garbanzo en proporción 70-30%. ESPECÍFICOS • Optimizar las condiciones de proceso de la mezcla maíz-garbanzo por medio de metodología de Superficie de Respuesta utilizando un Diseño Central compuesto. • incrementar el Índice de Expansión, disminuyendo la densidad del producto final a nivel laboratorio. MATERIALES Y METODOS Las muestras de garbanzo utilizadas para las determinaciones de las cinéticas de absorción de agua y cocción fueron proporcionadas por el Campo Experimental Valle de Santo Domingo de Ciudad Constitución, perteneciente al INIFAP del Estado de Baja California Sur, Costa’2004, Blanco Sinaloa’92, Suprema’2003 y Jamu’96, la variedad Blanco Sinaloa utilizada para extrusión fue proporcionada por el Campo Experimental Valle del Guadiana de Durango, Dgo. Las muestras de garbanzo comercial enlatado fueron adquiridas en tiendas de autoservicio de la ciudad de Durango, Dgo. Las Cinéticas de Absorción de Agua fueron evaluadas por el incremento en peso de muestras de 50 g de garbanzo, remojadas en una proporción 1:5 garbanzoagua destilada, durante las primeras 6hr y la absorción total a 24hr de remojo, de acuerdo a la metodología reportada por Velasco-González y col. 2008. Las Cinéticas de Cocción, fueron evaluadas en 20 garbanzos seleccionados al azar de una muestra de 50 gramos remojados 24hr, desechándose el agua de remojo y sometidos a cocción durante 0, 30, 60 y 90 minutos de cocción en agua en ebullición en olla abierta, en una proporción 1:5 garbanzo-agua, manteniéndose el volumen constante por adición de agua en ebullición, dejándose enfriar y determinado la dureza en un Texturómetro Universal Instron modelo 5565, utilizando una celda de corte, de acuerdo a lo reportado por Velasco-González y col. 2008. La Dureza del producto extrudido fue evaluada en un Texturómetro Universal Instron modelo 5565, utilizando una celda de corte n=20, en producto secado a 70º C durante 4hr. La Densidad fue evaluada considerando al producto extrudido como un cilindro para determinar el volumen, cortando porciones de aproximadamente 5 cm, midiendo el largo en 3 posiciones y el diámetro promedio evaluado en las porciones extremas y en la parte central, registrando el peso en una balanza granataria Ohaus. La humedad de las harinas fue determinada de acuerdo al método del AOAC 1997. El porcentaje de la mezcla de maíz-garbanzo, fue determinado de acuerdo al contenido de aminoácidos de las proteínas de ambos granos, reportado por Ledesma y col. 1997. La optimización del proceso de Extrusión, se realizó utilizando metodología de Superficie de Respuesta, mediante un Diseño Central compuesto 22, con tres repeticiones en el punto central (Montgomery, D.C.2004), empleando como variables explicativas el contenido de Humedad de la mezcla de harinas y la Temperatura del dado de salida del extrusor monotornillo, Brabender modelo K19, con una relación de compresión 1:3, L/D = 20, y un dado de salida de 5 mm, manteniendo constante la velocidad del tornillo RPM=150, las variables respuesta utilizadas fueron: Índice de Expansión, Densidad y Dureza, las diferentes corridas experimentales empleadas en el pueden ser observadas en el Cuadro I. CUADRO I Condiciones Experimentales del Diseño Central Compuesto Utilizado en la Optimización por Superficie de Respuesta TEMPERATURA HUMEDAD ºC % 160 14 170 16 160 16 165 13.5858 157.929 15 165 15 165 15 170 14 172.071 15 165 16.4142 165 15 La viscosidad fue determinada en un viscosímetro Rapid Visco Analyser modelo RVA-4 (Newport Scientific PTY Ltd, Syndey Australia), de acuerdo a San MartinMartinez y col. 2004. Tg y Tm fueron evaluadas utilizando un Calorímetro Diferencial de Barrido Perkin Elmer Modelo Pyris. El análisis estadístico fue realizado utilizando los paquetes estadísticos Statgraphics ver 5.2 y Statistica ver 7, la prueba de intervalo múltiple empleada fue LSD, con un nivel de confianza del 95% y α = 0.05, RESULTADOS Y DISCUSION. Las Cinéticas de absorción de agua permitieron determinar la variedad que absorbió agua más rápidamente (Cuadro II), fue la variedad SUPREMA’2003 12.075 g/hr, seguida por JAMU’96 10.968 g/hr, COSTA’2004 9.334 g/hr, BLANCO SINALOA 8.8723 g/hr, los valores obtenidos para R2, oscilaron entre 0.9060 y 0.9148. CUADRO II CINETICA DE ABSORCION DE AGUA DE 4 VARIEDADES DE GARBANZO VARIEDAD VELOCIDAD R2 g de agua / hr SUPREMA’2003 12.075 0.9060 JAMU’96 10.968 0.9060 COSTA’2004 9.334 0.9080 BLANCO SINALOA 8.872 0.9148 La Dureza en el garbanzo seco, remojado y sometido a cocción por 30, 60 y 90 minutos, puede ser observado en la Cuadro III; en el caso del garbanzo seco, la prueba de intervalo múltiple, permitió formar tres grupos, el primero comprendido por las variedades JAMU’96 y SUPREMA’2003 con 28.8 y 30.5 Kgf; el segundo conformado por las variedades SUPREMA’2003 y BLANCO SINALOA de 30.5 y 33.925 kgf y un tercero por COSTA’2003 con 38.7 Kgf, sin embargo, durante el remojo las variedades no reflejaron diferencias significativas en la Dureza, presentando valores entre 1.2105 Kgf en el caso de BLANCO SINALOA Y 1.520 Kgf en la variedad SUPREMA’2003. Cuando se sometieron a cocción durante 30 minutos, la variedad más suave fue la JAMU’96, que presentó una dureza de 0.396 Kgf, difiriendo estadísticamente de las variedades BLANCO SINALOA y COSTA’2004, con valores de 0.496 Y 0.503 Kgf respectivamente; cuando la cocción se extendió a 60 minutos se conformaron tres grupos nuevamente, el primero por la variedad JAMU’96 y BLANCO SINALOA con 0.4185 y 0.426 Kgf respectivamente, el segundo grupo formado por BLANCO SINALOA Y SUPREMA’2003, con 0.426 y 0.489 Kgf y un tercero grupo conformado SUPREMA’2003 y COSTA’2003, con 0.489 y 0.515 Kgf. En el caso de 90 minutos de cocción, se conformaron únicamente dos grupos JAMU’96 y SUPREMA’2003 con 0.383 y 0.387 Kgf, y un segundo grupo formado por COSTA 2003 y BLANCO SINALOA con 0.441 y 0.499Kgf. Por lo anterior se podría decir que las variedades más suaves serían la JAMU’96 y BANCO SINALOA, sin embargo, la media de los diferentes tiempos de cocción de las variedades estudiadas, fueron muy semejantes, posiblemente debido a que se trataba de muestras sin clasificar por calibre, tal como se comercializan internacionalmente, razón por la cual se sugiere realizar una clasificación previa. El Cuadro IV, muestra la dureza de garbanzo enlatado de tres marcas comerciales, como puede observarse, la dureza difiere en las marcas analizadas, siendo la más suave la marca A, con 0.426 Kgf, difiriendo estadísticamente de las marcas B y C, con durezas de 0.542 y 0.563 Kgf, la suavidad alcanzada en las muestras estudiadas después de 30 minutos de cocción, posiblemente debido a que se trataban de cosechas recientes, por lo que se recomienda realizar un estudio durante el almacenamiento en diferentes condiciones, además de realizar el estudio en muestras cribadas y clasificadas de acuerdo a la normatividad del País que importa el grano. CUADRO III DUREZA COMPARATIVA DE 4 VARIEDADES DE GARBANZO SECO, REMOJADO Y SOMETIDO A COCCION POR 30,60 Y 90 MINUTOS EN RECIPIENTE ABIERTO VARIEDAD SECO REMOJADO 30 min 60min 90min COSTA 38.700C 1.499A 0.503B 0.515C 0.441A,B 2004 BCO SIN 33.925B 1.211A 0.496B 0.426A,B 0.498B JAMU’96 28.800A 1.319A 0.396A 0.419A 0.383A A,B A B,C SUPREMA 30.500 1.520 0.489 0.387A PROMEDIO 32,981 1,387 0,465 0,462 0,427 Letras iguales por columna, son iguales estadísticamente, LSD con un nivel del 95 % de confianza y α = 0.05. CUADRO IV DUREZA EN Kgf DE GARBANZO ENLATADO MARCA DUREZA EN Kgf A 0.426A B 0.542B C 0.563B Los estudios para caracterizar las variedades de garbanzo de la que se originará la materia prima para la extrusión, no permiten establecer una relación entre la velocidad de absorción de agua y la dureza en Kgf, del garbanzo remojado por 24hr, sin embargo, la variedad de garbanzo mas suave fue la JAMU’96 en los diferentes tiempos de cocción estudiados; el tiempo de cocción para alcanzar la suavidad del garbanzo comercial enlatado, fue de 30 minutos, en las cuatro variedades estudiadas, por lo que es recomendable clasificar el grano de acuerdo al calibre y evaluar la dureza y comportamiento durante el almacenamiento en diferentes condiciones de humedad y temperatura, de tal manera de recomendar adecuadamente la variedad de garbanzo con mejores características culinarias. Las Superficies de Respuesta ajustadas a las diferentes Variables-respuesta estudiadas pueden ser observadas en la Figura II, III y IV, es importante mencionar, que éstas son únicamente indicativas, ya que no todas las variables utilizadas en los modelos son significativas. El modelo matemático que incluye las variables significativas para el Índice de Expansión se reduce a: IE= -65.6047 + 0.792506*T + 0.0152859*H – 0.00247793*T2 FIGURA II SUPERFICIE DE RESPUESTA DEL INDICE DE EXPANSION EN FUNCION DE LA TEMPERATURA Y HUMEDAD DURANTE LA EXTRUSION I.E = -63.8133+0.7868*x-0.1562*y-0.0025*x*x+0.0032*x*y-0.0132*y*y 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 FIGURA III SUPERFICIE DE RESPUESTA DE LA DENSIDAD EN FUNCION DE LA TEMPERATURA Y HUMEDAD DURANTE LA EXTRUSION DENSIDAD = -130.9598+1.3646*x+2.4687*y-0.0036*x*x-0.0111*x*y-0.0206*y*y 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 FIGURA IV SUPERFICIE DE RESPUESTA DE LA FUERZA DE CORTE EN FUNCION DE LA TEMPERATURA Y HUMEDAD DURANTE LA EXTRUSION FC (Kg FUERZA) = -184.2+0.4535*x+21.2463*y+0.0073*x*x-0.2081*x*y+0.4883*y*y 14 12 10 8 6 4 2 En el caso de la densidad en el modelo ajustado, ninguna variable resultó ser significativa, considerándose únicamente como indicativa. La Resistencia al corte o Dureza expresada en Kg fuerza, únicamente la humedad resultó ser significativa Tex = 0.45354 *H Tomando en consideración los estudios de aceptación previos (N=100), realizados con Botanas elaboradas con mezclas de Frijol-maíz, los principales atributos de calidad fueron la dureza y el sabor y desde el punto de vista comercial la principal característica de venta fue la densidad. (Velasco-González y col. 2005). Las condiciones óptimas para la preparación de una alimento infantil, ya sea para botanas o cereal para desayuno, la región óptima estaría en la zona comprendida entre los 145 y 160ºC con un contenido de humedad entre 12.5 y 13.5%, sin embargo, esto sería considerando los modelos ajustados, si tomamos en cuenta la región estudiada seleccionaríamos las condiciones de 13.5% de humedad y 160ºC. Dependiendo de los cambios estructurales durante el proceso de extrusión, pueden obtenerse diferentes comportamientos Figuras V, VI, VII, VIII y IX. FIGURA V SUPERFICIE DE RESPUESTA DE LA VISCOSIDAD (cP) EN FUNCION DE LAS CONDICIONES DE EXTRUSION cP = 2.0109E5-1566.4941*x-9350.0904*y+3.368*x*x+29.8*x*y+149.8019*y*y 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 En el caso de la viscosidad Figura VI, los cambios efectuados principalmente al almidón de las materias primas, permitieron obtener una mezcla de mayor viscosidad en las condiciones extremas de procesamiento, es decir a bajas temperaturas y humedades, como a altas temperaturas y humedades estudiadas, permitiendo obtener un producto con características adecuadas para preparar atoles y sopas instantáneas, lo cual es congruente con la máxima absorción de agua IAA, Figura VII, sin embargo, la absorción de agua es mayor a temperaturas y humedades bajas, además los costos de producción serían menores en el extremo inferior, para la preparación de estos productos, sin embargo, se obtiene un mayor Índice de solubilidad a temperaturas y humedades elevadas, Figura VIII. La Figura IX permite establecer de mejor manera que las condiciones más adecuadas para preparar sopas y atoles serían en condiciones de humedad baja y temperatura baja, ya que la temperatura de fusión del producto extrudido es menor en estas condiciones. FIGURA VI SUPERFICIE DE RESPUESTA DEL INDICE DE ABSORCION DE AGUA EN FUNCION DE LAS CONDICIONES DE EXTRUSION IAA = 93.6487-0.5106*x-5.5407*y+0.0005*x*x+0.0205*x*y+0.0695*y*y 7.8 7.6 7.4 7.2 7 6.8 6.6 FIGURA VII SUPERFICIE DE RESPUESTA DEL INDICE DE SOLUBILIDAD EN FUNCION DE LAS CONDICIONES DE EXTRUSION ISA = 673.7435-3.7005*x-48.9599*y+0.0025*x*x+0.199*x*y+0.564*y*y 24 22 20 18 16 FIGURA VIII SUPERFICIE DE RESPUESTA DE Tg EN FUNCION DE LAS CONDICIONES DE EXTRUSION Tg = 1657.887-15.897*x-42.9916*y+0.0522*x*x-0.0528*x*y+1.7301*y*y 86 82 78 74 70 FIGURA IX SUPERFICIE DE RESPUESTA DE LA TEMPERATURA DE FUSION EN FUNCION DE LAS CONDICIONES DE EXTRUSION Tm = 722.8182-4.1062*x-30.8953*y+0.0048*x*x+0.1996*x*y-0.0814*y*y 194 192 190 188 186 184 182 180 CONCLUSIONES. • Las mejores condiciones para preparar alimentos tipo botana, de baja densidad y suaves, corresponde a temperaturas y humedades bajas 155-160ºC y 13.514% respectivamente, condiciones que además permiten obtener un producto, de alta viscosidad 2050 cP, de buena solubilidad y absorción de agua adecuada, requiriendo bajas temperaturas para la fusión. • • • El proceso de extrusión de mezclas de maíz-garbanzo, permiten obtener productos-base para el desarrollo de alimentos nutritivos como botanas, sopas y atoles, como una alternativa al consumo de productos chatarra que se ofrecen en las cooperativas o tiendas escolares. El proceso de extrusión ofrece una alternativa adecuada para utilizar la rezaga de garbanzo en BCS. Es necesario desarrollar productos adicionados de saborizantes, para ofertar productos de fácil preparación, como botanas, sopas y atoles, así como efectuar las evaluaciones biológicas de estos productos, PER y degistibilidad aparente. BIBLIOGRAFIA • Aguilera, J.M. y Stanley, D.W (1985). A review of textural defects cooked reconstituted legums-The influence of structure and composition. J. Food Biochem. 9, 227. • A.O.A.C. (1997): Oficial methods of the american association of official analytical chemist 16th edition. Inc. D. C. USA. • Broockwalter, G.N., Mustakas, G.C., Kwolek,W.F., Mc-Ghee, J.E., and Albrech, W.J. 1971. Full-fat soy fluor extrusión cooking and stearming. J. Food Sci. 36:58,9. • Camire M. E. and King, C. C. 1991. Protein and fiber supplementation effects on extruded corn meal snack quality. J. Food Sci. 56(3):760-763, 768. • Clark, J. P. 1978. Dough rheology in extrusión cooking. Food Technol. 73-76, 82. • Falcone, R.G. and Phillips, D.R. 1988. Effects of feed composition, feed moisture and barrel temperatura on the physical and rheological properties of snack-like product prepared from cowpea and sorghum flours by extrusión. J. Foof Sci 53 (5):1464-1469. • Food Agriculture Organization-Organización Mundial de la Salud, 2006. Cosechas y escasez alimentarias. • Gujska, E. and Khan, K. 1990. Effects of temperature on properties of extrudates from high starch fractions of navy, pinto and garbanzo beans. J. Food Sci. 56 (2): 466-469. • Ledesma, A., Muñoz, M y Chávez A. 1997. Base de datos multimedia Composición Química y Valor Nutritivo de los Alimentos de Mayor Consumo en México. Vol. 1. • Lee, L, Balk, B. K. and Czuchajowska, Z 1998. Garbanzo, bean flour usage in Cantonese noodles. J. Food Sci 63 (3):552-558. • Montgomery, D. C. 2004. Diseños experimentales para ajustar Superficies de respuesta. En: Diseño y análisis de experimentos. Pag. 456-458. Ed. Limusa Wiley. Segunda edición. México. • SAGARPA. 1997. EL Garbanzo. Rev. Claridades Agropecuarias. Nº 42. Feb’1997. • SAGARPA. Servicio de información Agroalimentaria y Pesquera (SIAP). • San Martín-Martínez, E., Aguilar-Méndez, M.A., Espinosa-Solares, T., Pless, R.C., Quintana, D.S. 2004. Starch phosphates produced by extrusión: physical properties and influence on yogurt stability. Starch/Staerke 56 (5): 199-207. • Silaula, S. M. Lorimer, N. L. Zabik M. E. and Uebersax M. A. 1989. Rheological and sensory characteristics if bread flour and whole wheat flour doughs and breads containing dry-roasted air-classified and navy beans high-protein fractions. Cereal Chem. 66 (6): 486-490. • Velasco-González, O.H., Gutiérrez-Pérez, E., Pajarito-Ravelero, A, Rodríguez Mercado, S.E. 2008. Dureza comparativa de cuatro variedades de garbanzo cultivadas en Baja California Sur. V Congreso Internacional de Ingeniería Bioquímica, XVI Congreso Nacional de Ingeniería Bioquímica, VI Jornadas Científicas de Biomedicina y Biotecnología Molecular. • Velasco-González, O. H., Martínez-Reyes M. J., Ramírez- Vega M. E., Echavarría-Almeida S. 2005. Pruebas de aceptación de un alimento tipo botana integral. Congreso Internacional “Inocuidad Alimentaria 2005”.