CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA –CONCYT- SECRETARIA NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA – SENACYT-

FONDO NACIONAL DE CIENCIA Y TENCOLOGIA –FONACYT- UNIVERSIDAD DEL VALLE DE GUATEMALA –UVG-

Informe Final

"Estudios Sobre la Industrialización del Grano de Amaranto, Caracterización Química y Nutricional de Productos

Intermedios y Finales del Procesamiento"

PROYECTO FODECYT No. 23-2002

Dr. Ricardo Bressani Investigador Principal

Guatemala, Octubre 2006

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El presente trabajo se llevó a cabo con el siguiente equipo de investigación:

Inga. Brenda Rodas Mendoza

Por el Período de un año (01 de Marzo 2004 - 01 de Octubre de 2005)

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Resumen

El grano de amaranto (Amaranthus spp.) es posiblemente junto al maíz, el grano

que tiene su presencia en Meso América cuatro mil o más años antes de Cristo. Los

primeros en utilizarlo fueron los Maya y los Azteca en sus ceremonias religiosas que

fueron abolidos por los conquistadores. Esto se tradujo en una menor producción,

disponibilidad y utilización del grano a pesar de las bondades agroindustriales

alimenticias y nutricionales que posee. Estas bondades sugieren la necesidad de

encontrarle al grano de amaranto aplicaciones como incentivo para su incorporación en

los sistemas de producción/consumo en Guatemala. Esto constituye el objetivo general

del presente estudio.

Seis variedades de Amaranto de grano (Amaranthus cruentus) fueron producidos

en Patulul, Suchitepéquez, Guatemala, y fueron analizadas química, física y

biológicamente tanto en estado crudo como procesado.

Los procesos aplicados al grano de amaranto fueron: expansión por calor seco a

una temperatura de 120oC por 25 segundos, cocción húmeda, con energía eléctrica o por

medio de microondas, cocción alcalina (nixtamalización), malteado, laminado y

fermentado.

El contenido proteínico entre variedades varió entre 14.7 y 16.0% aumentando

ligeramente en las muestras procesadas y el contenido de grasa varió entre 6.7 y 6.9%

para el amaranto crudo como procesado con un alto porcentaje de escualeno (6 – 12%)

del aceite. Los procesos térmicos húmedos y la cocción por microondas aumentaron la

calidad nutritiva del grano en comparación al crudo, en un 12% en promedio. La

nixtamalización y el expandido no causaron cambios en la calidad nutritiva.

Usando el amaranto procesado térmicamente se estableció biológicamente el

efecto complementario proteínico con la harina de trigo y con avena laminada. Con trigo

se observó un incremento linear en calidad proteica respecto al nivel de amaranto. La

calidad proteica de amaranto/avena fue similar para todas las combinaciones.

Con esta información se elaboraron champurradas, usando una combinación de

60% de trigo y 40% amaranto, para evaluar su valor proteínico. No se detecto efecto

complementario posiblemente debido a un efecto negativo del horneo reduciendo la

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biodisponibilidad de la lisina. Las características químicas, físicas y sensoriales fueron

aceptables.

En la complementación entre el amaranto y la avena, la mezcla 46% avena y 54%

amaranto dio una calidad proteínica del 89% de caseína.

El amaranto fue un suplemento efectivo en mejorar la calidad de la proteína de

varias leguminosas de grano como el gandul, el piloy, y el haba posiblemente aportando

aminoácidos azufrados.

No se encontró diferencias en el contenido de escualeno entre variedades, aunque

parece existir un efecto de procesamiento en aumentar el contenido.

Palabras Claves: variedades de amaranto, composición química, efecto de

procesamiento, desarrollo de productos, escualeno.

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Abstract

Grain amaranth (Amaranthus spp.) as well as corn is a grain which dates its

presence in Meso America four thousand or more years before Christ. The first to utilize

it were the Maya and Aztec in their religious ceremonies, which were abolished by the

conquerors. The results were a decrease in production, availability and utilization of the

grain in spite of the significant attributes in agroindustry, as food and in nutrition, which

the grain offers. These characteristics suggest the need to find applications for the grain

as an incentive of its incorporation into production/consumption systems in Guatemala.

Six grain amaranth (Amaranthus cruentus) varieties were produced in Patulul,

Suchitepéquez, Guatemala. These samples were analyzed raw and processed for their

chemical composition and protein quality. The processed applied included: grain

popping by heating at 120 oC for 25 seconds, water cooking with electrical energy and

microwave, nixtamalization with lime, malting, fermentation and flaked or laminated.

Protein content varied from 14.7 to 16.0% increasing lightly in processed samples. Fat

content varied from 6.7 to 6.9% in raw and processed grain, while squalene content

varied from 6 to 12% of the oil. Thermal processing in water increased the nutritive

quality of the product, but not dry heating process.

With thermically processed amaranth the complementary protein effect with

wheat flour and with laminated oats was established. There was an increase in protein

quality in wheat flour amaranth blends directed related to amaranth level. Protein quality

of blends of oats/amaranth was essentially the same between them.

A typical Guatemalan cookie called champurradas were baked from a 60% and

40% blend of wheat flour and amaranth with good acceptability characteristics but with

no improved nutritional quality. It was not possible to detect a complementary effect

possibly due to a negative effect of the baking process which decreased lysine

availability. The chemical, physical and sensorial characteristics were acceptable. In the

complementation between amaranth and oats, a blend of 46% of oats with 54% amaranth

showed a protein quality of 89% of casein.

It was found processed amaranth flour to be an effective supplement to improve

the protein quality of several food grain legumes such as pigeon pea, piloy and fava bean,

probably supplying sulfur amino acids.

6

There were not differences in the content of squalene between varieties, although

it seems to exist a processing effect in increasing the level in the oil.

Key words: grain amaranth varieties, chemical composition, effect of processing, food

product development, squalene.

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I. Introducción

Históricamente, el grano de amaranto es posiblemente junto al maíz, el grano que

tiene su presencia cuatro mil o más años antes de Cristo. Los primeros en utilizarlo

fueron los Maya y los Azteca en sus ceremonias religiosas que fueron abolidas por los

conquistadores, logrando con eso una caída sustancial de su producción y utilización a

pesar de sus grandes bondades nutricionales (Saver, 1950; Hauptli et al., 1979; Kalakow

and Hauptli, 1994; Bressani, 1994).

La familia Amarantheca comprende más de 60 géneros y 800 especies de plantas

herbáceas anuales y perennes. El género Amaranthus tiene 3 especies, a saber, el A.

hypochondriacus y el A. cruentus cultivados en Mesoamérica (México y Guatemala) y el

A. caudatus cultivado en Perú, que se producen en panojas llenas de una pequeña semilla.

Además de las especies que producen grano, existen otras especies que ofrecen sus hojas

como verdura de alto valor nutritivo tanto por su contenido de proteína como de

vitaminas y minerales (Kalakow and Hauptli, 1994).

Por su tolerancia a condiciones ambientales adversas, el grano de amaranto ofrece

gran potencial para ser cultivado en varias regiones de Guatemala ofreciendo buenos

rendimientos. La composición química y valor nutritivo de las variedades de Amaranto

cultivadas en Guatemala han sido ampliamente estudiadas, se han realizado varios

estudios de producción en varias regiones del país con resultados aceptables. Se han

hecho estudios básicos sobre su composición química y valor nutritivo ya que se ha

detectado el interés en su uso por varias organizaciones de alimentación infantil y ONGs

(Bressani et al., 1987a; Bressani et al., 1987b).

Su contenido proteínico que oscila entre un 14 a un 18% es de alta calidad por su

alto contenido de aminoácidos esenciales en particular lisina (Betscharet et al., 1981;

Bressani, 1989). Además es un excelente complemento a los cereales como el maíz,

sorgo, arroz y trigo. Así mismo, la proteína del amaranto se complementa con el frijol,

leche, soya y avena (Bressani, 1989; Bressani, 1994).

El amaranto contiene entre 5 – 8% de aceite con un atractivo balance de ácidos

grasos saturados, semisaturados y poliinsaturados, considerado además como fuente

vegetal rica en escualeno (Becker et al., 1981; Becker, 1989; Becker, 1994; Khow y

Chieng, 1997).

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Su contenido de fibra dietética se ha asociado con la regulación del colesterol

(Danz y Lupton, 1992; Chaturvedi et al., 1993).

Algunas variedades son utilizadas como ingrediente alimentario ya que son ricas

en amilopectina la cual le confieren un comportamiento especial a los alimentos (López

et al., 1994).

Al grano de amaranto, se le puede aplicar distintos procesos de cocción, a saber

cocción húmeda, nixtamalización (cocción alcalina), expansión, laminación, malteado,

fermentación sumergida y combinación de procesos, de los cuales el más utilizado es el

proceso de expansión que se puede consumir como tal o con miel o puede convertirse en

harina para la preparación de otros alimentos (Bressani et al., 1987, Bressani, 1989;

Breene, 1991; Bressani and Estrada, 1994; Schnetzler and Brennes, 1994 y Tovar et al.,

1994).

A pesar de las grandes bondades del grano de amaranto, tanto en su composición

química como en su valor nutritivo, su uso en Guatemala es bajo. En algunas

instituciones de beneficencia y en el área rural se utiliza en pequeñas cantidades.

En vista de esto, el presente estudio pretende evaluar la calidad nutritiva y

organoléptica de harinas procedentes de diversos procesos. Así mismo, evaluar un

proceso de cocción y molienda que dé mayor valor agregado al grano de amaranto a

través de su procesamiento físico y químico en el desarrollo de productos intermedios y

finales, útiles en el desarrollo de otros productos.

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II. Antecedentes

El Amaranto fue un importante cultivo tanto por su grano como para consumirlo

como verdura, durante las civilizaciones Maya y Azteca de Mesoamérica y de la

civilización Inca en los países de América del Sur. Por razones no bien establecidas, su

producción y disponibilidad decayó sustancialmente en estos países después de la

conquista española. Hoy día el Amaranto es un importante grano en ciertas regiones de

la India, Pakistán, Nepal y China y su cultivo y utilización ya se está dando en Estado

Unidos, México, Perú, Bolivia y Argentina. El Amaranto hortícola es un cultivo

importante en ciertas regiones de Africa, India, Asia, China, países en el Caribe y

América Latina. Más recientemente la planta completa se está utilizando como forraje en

Rusia y China. Además por las atractivas características agronómicas y nutricionales

múltiples de la planta, la hoja y el grano (R. Bressani, 1998).

Las principales especies de grano son Amaranthus cruentus (L) Thell,

Amaranthus hypochondriacus (L) y Amaranthus caudatus L. Las principales especies

del amaranto hortícola consumido como hojas hervidas, o hervidas y dehidratadas,

incluye el Amaranthus cruentus, dubius, tricolor, lividus, hybridus, gangeticus y otros.

El amaranto es tolerante a la sequía y crece mejor en climas calientes y secos. Es

una planta con metabolismos C4 en fotosíntesis como el maíz y por su variabilidad en

días luz tiene un gran potencial para adaptarse en muchas y variadas regiones del mundo.

El rendimiento es de aproximadamente 1500 kg/ha, aunque la variabilidad es grande.

Cada planta puede dar entre 45 – 95 g de grano.

Composición Química

El Amaranto de grano es un pseudocereal como lo es la quínoa y el trigo

sarraceno, por tal razón los contenidos químicos de estos materiales se comparan con el

contenido en los cereales (Bressani, 1989; Saunders & Becker, 1983; Paredes-López et

al., 1990; Joshi & RaNa, 1991). Los datos de composición química proximal de las tres

principales especies de amaranto de grano se presentan en la Tabla 1. Llama la atención

en primer lugar el relativo alto contenido de proteína que varía entre 14 a 17%, aunque

valores hasta 22% se han informado. Asimismo, llama la atención el alto contenido de

grasa y el de calorías. La Figura 1 muestra el contenido de proteína del grano de

amaranto y de algunos cereales. Se puede apreciar que el contenido de proteína en el

10

grano de amaranto es mayor que en los cereales. La Figura 2 muestra el contenido de

grasa en el grano de amaranto y en los cereales, siendo el amaranto el de mayor

contenido, similar al que se informa en avena. Asimismo, el grano de amaranto contiene

mayores cantidades de P, K, Ca que los cereales aunque el contenido de vitamina es en

términos generales, bastante similar.

Tabla 1 Composición Química del grano de amaranto (g %)

A. cruentus A. caudatus A. hypochondriacusHumedad 9.7 10.7 10.8 Proteína 17.0 14.9 15.5 Extracto etéreo 8.1 9.1 5.4 Ceniza 3.5 2.9 3.6 Fibra cruda 3.4 2.8 2.6 Carbohidratos 67.4 70.3 62.1 Caloría/100 g 405 414 359

Figura 1 Contenido de Proteína del Amaranto de Grano y de Algunos

Cereales

1512.3

8.911

9.911.6

1612.1

7.5

0 5 10 15 20

Amaranto

Trigo

Maíz

Sorgo

Mijo

Cebada

Avena

Centeno

Arroz Sin Pulir

Proteína, %

11

Figura 2 Contenido de Grasa del Amaranto y de Algunos Cereales

5.71.8

3.93.3

2.92

6.41.7

1.9

0 2 4 6 8

Amaranto

Trigo

Maíz

Sorgo

Mijo

Cebada

Avena

Centeno

Arroz Sin Pulir

Grasa, %

La Tabla 2 presenta el contenido de aminoácidos esenciales del grano de

amaranto en comparación con el de algunos cereales. Como se puede observar el patrón

de aminoácidos de la proteína del amaranto es similar al del patrón FAO/OMS lo que

sugiere que es una proteína de alto valor nutritivo. Contiene más lisina, triptófano y

aminoácidos azufrados que los cereales. La comparación del patrón de aminoácidos

esenciales con el de la FAO/OMS indica que la leucina es el primer aminoácido

limitante, sin embargo estudios biológicos en ratas indicaron que el aminoácido limitante

es treonina.

Finalmente, el contenido de ácidos grasos del aceite de amaranto es similar al del

maíz y al de otras oleaginosas, como se muestra en la Tabla 3. Se ha informado que le

aceite del grano de amaranto contiene cantidades relativamente altas de escualeno, lo cual

podría ser de interés como fuente de esta sustancia.

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Tabla 2 Contenido de aminoácidos esenciales en el grano de amaranto y algunos cereales

mg AA/g N

Aminoácidos Amaranto Maíz Trigo Arroz Sorgo Patrón FAO/WHO

Lisina 358 180 160 235 170 340 Treonina 245 249 168 233 224 250 Metionina 124 116 89 107 108 - Cistina 125 81 128 81 104 220 Valina 257 319 270 416 357 310 Isoleucina 230 289 253 279 340 250 Leucina 358 810 391 513 1004 440 Fenilalanina 272 284 288 299 311 - Tirosina 227 382 218 272 172 380 Triptófano 86 38 72 64 70 60 Histidina 159 129 119 100 120 - Arginina 534 220 279 343 237 -

Tabla 3 Contenido de ácidos grasos en el aceite del amaranto de grano y de otros productos

% de Aceite Acido

Graso Amaranto Maíz Soya Algodón Palma 16:0 18.8 11.0 10.7 25.2 44.0 18:0 3.8 2.0 3.9 2.7 4.5 18:1 24.1 24.1 22.8 17.5 39.2 18:2 51.0 61.9 50.8 12.6 10.1 18:3 0.8 0.7 6.8 - 0.4

Valor Nutritivo de la Proteína

El contenido de aminoácidos esenciales indicado en la Tabla 2 sugiere el alto

valor nutritivo de la proteína del grano de amaranto. La Tabla 4 resume la calidad de la

proteína del amaranto y de varios cereales expresada como porcentaje del valor de

caseína. Como se puede observar, la calidad proteínica del amaranto es la más alta. La

Figura 3 muestra que el índice de eficiencia proteínica mejora cuando el grano es

procesado. Este efecto no ha sido explicado a pesar de que se ha indicado que algunos

factores como taninos, nitratos e inhibidores enzimáticos son responsables. Esto es

dudoso ya que los niveles de esas sustancias en el grano son bajos. Más bien podría ser

debido a un aumento en la biodisponibilidad de la energía de carbohidratos por el

13

procesamiento. Estos resultados han sido obtenidos con ratas, sin embargo, lo mismo ha

ocurrido con pollos en crecimiento. Se han llevado a cabo evaluaciones en humanos y

los resultados confirman el alto valor de la proteína del grano de amaranto. Estudios de

toxicidad con amaranto no han indicado ninguna acción adversa y aparentemente la fibra

insoluble y soluble del amaranto actúa favorablemente de estudios en animales (Danz &

Lupton, 1992), reduciendo los niveles séricos y hepáticos de colesterol.

Tabla 4

Calidad de la proteína % de Caseína

Maíz común 32.1

QPM 82.1 Arroz 79.3 Trigo 38.7 Avena 59.0 Sorgo 32.5

Cebada 58.0 Mijo 46.4 (peral) Mijo 35.7 (finger) Teff 56.2

Centeno 64.8 Amaranto 86.2

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Figura 3 Efecto de la Cocción Húmeda Sobre la Calidad de la Proteína

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00A. Crue

ntus

A. Hyp

ocho

ndriac

usA. C

audatu

sA. C

ruentu

s

Esp

ecie Cocido

Crudo

Efecto de Procesamiento

La molienda del grano de amaranto con molinos de discos permite obtener dos

fracciones, una representada principalmente por el perispermo la cual es baja en el

contenido de proteína, alrededor del 8%, y baja en grasa, mientras que la otra fracción

alrededor del 26% del peso del grano esta representada principalmente por el germen y la

cáscara del grano. Esta fracción es de mayor contenido de proteína y de grasa (42 y 19%

respectivamente). Estas fracciones tienen un contenido de aminoácidos muy similar, sin

embargo, la información disponible sugiere que la proteína del perispermo es de mejor

calidad proteínica. Estos productos ya se han estudiado como componentes en diversas

formulaciones.

El grano se ha estudiado procesado en agua a presión atmosférica, bajo 15 lbs de

presión, y por nixtamalización obteniéndose datos de calidad proteínica altos y

comparables entre si. El tiempo de cocción óptimo no es más de 15 minutos, que al ser

excedido reduce la calidad de la proteína.

El método más común para procesar el grano de amaranto es a través de la

expansión aplicando altas temperaturas por corto tiempo. El grano se expande 5 – 6

veces en volumen y ofrece de esta forma, más facilidad para el consumo y una

15

funcionalidad atractiva. Sin embargo, es fácil exceder las condiciones óptimas de

procesamiento, que reducen de esta manera el contenido de lisina y la calidad de la

proteína.

El laminado del grano húmedo o previamente cocido es otro proceso que da

resultados de forma muy atractiva y sin reducir el valor nutritivo del producto. Otro

proceso de interés es el de extrusión/cocción que da un producto de alto valor nutritivo y

con interesantes características funcionales. El grano también se ha procesado por

germinación, que reduce la calidad nutritiva del producto al ser cocinado y también por

fermentación, dando resultados bastante interesantes, desde el punto de vista nutricional y

de funcionalidad. El afecto de algunos de estos procesos sobre la calidad de la proteína

se muestra en la Tabla 5. En todos los casos se observa un aumento, en valor nutritivo

que fue menor con el proceso de expansión.

Tabla 5 Efecto de varios procesos sobre el valor nutritivo de la proteína

Proceso NPR (% Caseína)

Crudo 47.4 Expandido 61.4 Laminado 76.2 Cocción húmeda 84.1 Extrusión/cocción 109.0

Aplicaciones

Durante los últimos años se han publicado un número relativamente grande de

aplicaciones del grano de amaranto. En base a su alto contenido de proteína de alta

calidad así como el alto contenido de energía, varios autores han indicado que el grano

sólo ya puede ser un alimento utilizado como un cereal de desayuno. Sin embargo, la

mayor parte de aplicaciones que se han propuesto es como un suplemento a los cereales,

utilizando en cantidades entre 15 – 30%. Estas cantidades, en particular las más altas,

aumentan al valor biológico de la proteína del cereal, como es de esperar, debido al

mayor nivel de lisina en el amaranto que en el cereal. Esto se muestra con 3 cereales en

la Tabla 6. Estas mezclas tienen aplicaciones como cereales de desayuno, alimentos para

el destete entre varias otras aplicaciones. El grano de amaranto procesado por

nixtamalización permite su uso como suplemento al maíz nixtamalizado para producir

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tortillas y otros productos, así como maíz y amaranto para arepas. En Estados Unidos

existen alrededor de 32 productos en el mercado con niveles bajos de amaranto que se

comercializan principalmente en Tiendas de Salud (Joshi & RaNa, 1991; Breene, 1991).

Las fracciones de alto contenido de proteína y grasa (germen + cáscara) así como el

perispermo se han utilizado en formulaciones de alto valor nutritivo para niños y el grano

entero en panificación. Algunos estudios han informado sobre el valor nutritivo de

mezclas del grano de amaranto y leche, y del grano de amaranto con soya. Estos estudios

no muestran un efecto suplementario de la leche o soya al amaranto ya que cualquier

proporción es de un valor nutritivo similar, lo que respalda el alto valor nutritivo de la

proteína del grano de amaranto. Esto permite formular alimentos con estos ingredientes.

Tabla 6 Calidad de la Proteína

% de Caseína

Calidad Proteínica, % Caseína Cereal Solo

Cereal Cereal/Amaranto

(70/30) Aumento

% Amaranto

Solo Arroz 72 90 25 92 Maíz 58 81 40 98 Harina trigo 32 52 62 94 Indudablemente el grano de amaranto tiene un gran potencial de uso en productos

para la alimentación y nutrición. Es seguro que el número de aplicaciones como harina

sola o en combinación con otros productos se incrementará conforme los profesionales en

Ciencia y Tecnología de Alimentos pongan su innovación e interés en este significativo

grano de América Latina. Sin embargo, es necesario no sólo ampliar y perfeccionar su

procesamiento y en aspectos asociados al desarrollo de productos sino también mejorar

los sistemas de producción y cosecha. Es el grano del Siglo XXI.

Justificación

Las propiedades del grano de amaranto, hacen que aumente el interés por este

grano en Guatemala, y su buena calidad nutritiva ayudaría en gran medida a resolver

problemas de mala nutrición en le país.

Sin embargo, por su falta de aplicaciones no se produce en grandes cantidades,

por lo que los productos obtenidos de este proyecto pueden darle la importancia que

requiere dicho grano para su producción y utilización tanto por instituciones

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gubernamentales, como son las ONGs, como por campesinos, asociaciones y centros

infantiles.

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III. Objetivos e Hipótesis

Objetivos

Objetivos Generales

1. Caracterizar nutricionalmente el grano de amaranto de seis variedades cultivadas

en la costa sur de Guatemala de la especie Amaranthus cruentus.

2. Evaluar la funcionalidad nutritiva de las harinas del grano de amaranto crudo y

procesado y su complementación con otro tipo de grano y/o cereales.

Objetivos Específicos

1. Analizar química, física y nutricionalmente las harinas de amaranto en sus

diferentes variedades, mediante la aplicación de métodos de laboratorio.

2. Evaluar tanto la calidad química como nutricional y organoléptica de las harinas

de amaranto tratado con diferentes procesos de cocción.

3. Buscar aplicaciones en alimentos con la harina de amaranto crudo y tratado con

diferentes procesos de cocción.

Hipótesis

La calidad nutritiva del grano de amaranto, podría ayudar a resolver problemas de

mala nutrición en Guatemala, mediante su utilización como harina de alto valor

proteínico sola o combinada con otros granos o cereales.

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IV. Marco Teórico

Para su consumo por seres humanos los granos como los cereales y las

leguminosas, deben ser procesados ya que con el fin de obtener alguna funcionalidad

atractiva como sabor y textura o eliminar la acción antifisiológica de inhibidores

enzimáticos en las leguminosas. En el caso del amaranto, el procesamiento juega una

acción importante en lo que es textura y sabor. Por el otro lado muchos procesos

térmicos si no son ejecutados con control de tiempo, temperatura y de otros factores

pueden causar daño en la capacidad nutritiva del grano, que obviamente se trata de

controlar para así recibir el máximo de nutrientes que el alimento puede ofrecer. El

patrón de aminoácidos esenciales en el grano de amaranto ofrece oportunidades

excepcionales para su utilización por lo cual es importante que su procesamiento no dañe

la disponibilidad de esos nutrientes, que es la lisina para el caso de mezclas con cereales

como el maíz y trigo y lo es también para los aminoácidos azufrados en el caso de diseñar

alimentos entre las leguminosas de grano (frijol, etc.) y el grano de amaranto.

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V. Materiales y Métodos

Materiales

Las 6 variedades de amaranto fueron cultivadas para fines de producir grano en

Patulul, Suchitepéquez (650 msnm) (24 – 28oC) (70oHR) en tablones de 50 metros de

largo por 3 metros de ancho, dejando 3 metros entre variedades que fueron K-277, D-70-

1, A-200-D, Don Armando, Alegría Disciplinada y Montana, todas de grano blanco. La

siembra fue en septiembre 2003 y la cosecha en enero 2004. Estas mismas variedades

fueron cultivadas en el mismo lugar en Septiembre 2004 para su cosecha en Enero 2005.

Métodos

- Procesos de cocción aplicados al grano de amaranto

Tratamiento del grano entero crudo

Una muestra de grano entero de amaranto (1.5 kg/tratamiento) fue lavada con una

solución al 0.5% de bicarbonato de sodio y luego aclarada con agua destilada. Al grano

tratado de esta manera, se le eliminó el agua superficial y se fue secando cuidadosamente

en un horno de convección. Una vez seco, se aplicaron los siguientes procesos:

Cocción húmeda: consiste en cocinar el grano de amaranto en agua a ebullición por un

período de 20-35 minutos. Luego se descarta el agua de cocción y el grano cocido se

somete a deshidratación en un horno con aire a 65oC. Una vez seca (10% humedad) el

grano se muele para obtener harina de 80 mesh.

Cocción húmeda alcalina: es la cocción del grano en una solución de cal al 0.6% por un

período de 15 minutos. El producto cocido es lavado con agua para remover los residuos

de cal, y luego secado y molido bajo las mismas condiciones que en la cocción húmeda

(Bressani and Estrada, 1994).

Expansión: el grano se expande poniéndolo en una superficie caliente (120oC) (comal)

por 20 – 30 segundos como máximo. Una vez expandido el grano se somete a molienda

para dar harinas de 80 mesh (Bressani et al., 1987).

Laminación1: consiste en expandir el grano de amaranto como se indica en el párrafo

anterior, y se hace pasar por un laminador para obtener un producto final en forma de

hojuelas.

1 Un método alternativo consiste en moler el amaranto cocido y hacer una masa con la cantidad suficiente de agua para después pasarlo por un laminador y obtener hojas de 0.1 mm de espesor.

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Malteado: el grano se deja en remojo por 12 horas para luego ponerlo a germinar por no

más de 24 horas. Al aparecer el brote de germinación, el grano se maltea poniéndolo en

un horno a 60, 75 y 95oC por 1 hora a cada temperatura hasta secarlo.

Cocción por microondas: el grano fue puesto en remojo con agua. Luego la mitad fue

cocida por microondas por 10 minutos mientras que a la otra mitad se le quito el agua y

luego se proceso por microondas como en el caso anterior. Los granos cocidos fueron

deshidratados (More et al., 1992).

Análisis químico: para la evaluación química proximal se utilizaron los métodos

oficiales de la AOAC (1984).

Análisis biológico: la evaluación de la calidad nutritiva de la proteína tanto de las

diferentes harinas de amaranto como de productos desarrollados se llevo a cabo por el

método de NPR (Net Protein Ratio) o por el PER (Protein Efficiency Ratio) y la

digestibilidad de la proteína de acuerdo a los métodos descritos en Nutritional Evaluation

of Protein Foods, 1980. Los detalles de las dietas están descritos en la sección de

resultados del presente informe.

Análisis Físicos

Absorción de agua (WAI y WSI): de las harinas obtenidas para el análisis proximal, se

ha pesado 2.5 g de harina, y se agregaron 30 ml de agua destilada a 30oC. Después de

agitar suavemente por 30 minutos (Agitador Digital Lab-Line), se centrifugó a 300 rpm

por 10 minutos (ECI Clinical Centrifuge). El sobrenadante resultante se secó y se pesó,

lo mismo que el gel, para calcular WAI como el peso del gel/gramo de muestra seca, y

WSI como el peso de los sólidos secos sobre 2.5 g de muestra por 100 (Anderson et al.,

1964).

Viscosidad: se pesaron 10 g de harina, y se colocaron en un beaker de 150 – 200 cc,

seguidamente se adicionaron 100 ml de agua, y se cocinó la mezcla por 10 minutos,

luego se enfrió hasta 30 oC y se midió la consistencia con el consistómetro de Bostwick,

los resultados se reportaron en cm/min.

Sedimentación: se pesaron 10 g de alimento y se colocaron en un cilindro de 100 cc,

luego se agregaron 90 ml de agua y se agitó suavemente para suspender los sólidos. Se

medió la sedimentación cada 10 minutos por 30 minutos a temperatura ambiente (0, 10,

20 y 30 minutos). Luego se repitió el proceso pero después de 10 minutos de cocción.

22

Retención de sólidos en mesh 30 después de cocción: se pesaron 10 g de alimento, y se

agregaron 90 ml de agua y se cocinó por 10 minutos. La suspensión resultante, se hizo

pasar por un tamiz 30 mesh, y se recolectó el líquido que paso para después secar y pesar,

el resultado se expresó como peso seco que pasó 30 mesh/10 g de muestra x 100.

Bulkdensity: se pesaron 50 g de harina y se colocó en un cilindro de 100 ml y se medió

el volumen natural. Se golpeó el cilindro suavemente por 2 – 3 minutos y se midió el

volumen final. El resultado se expresó en g/ml.

- Desarrollo de productos

Estudios sobre la utilización del grano de amaranto en alimento con cereales

Complementación proteínica entre las proteínas de la harina de trigo y la de amaranto Con el propósito de conocer el efecto de dilución de la proteína de la harina de

trigo por la proteína de la harina de amaranto, o viceversa, se llevo a cabo un estudio de

complementación proteica entre los 2 ingredientes. Para la preparación de las dietas con

un contenido fijo de 10% de proteína, esta se distribuyó entre los dos ingredientes en la

proporción de 100/0, 80/20, 60/40, 40/60, 20/80 y 0/100. Estas mezclas apropiadamente

suplementadas con minerales (4%), vitaminas (1%) y aceite (5%), se ofrecieron a 8 ratas

recién destetadas por un período de 14 días usando caseína como control en un NPR

estandarizado. El diseño experimental de esta evaluación indica si existe o no una

complementación entre los dos ingredientes.

Elaboración de champurradas

A fin de evaluar la calidad proteínica de los productos finales de amaranto, se

elaboraron champurradas tradicionales enriquecidas con harina de amaranto procesado en

una proporción de 60% de harina de trigo y 40% de harina de amaranto en base al estudio

anterior. Para el efecto se utilizaron dos variedades de amaranto de la misma especie

(Amaranthus cruentus), la variedad Alegría Disciplinada y la variedad K-277. A la

variedad Alegría Disciplinada, se le han aplicado los análisis químico, físico y

organoléptico y a la segunda variedad se le ha aplicado además un estudio biológico con

ratas de laboratorio.

Estas dos variedades fueron tratadas con diversos métodos de cocción (cocción

húmeda, cocción alcalina y expandida) para obtener finalmente harinas de una

granulometría de 80 mesh.

23

Para la elaboración de champurradas, se ha escogido una receta tradicional

Guatemalteca con la variante de sustituir 40% de la harina de trigo, por harina de

amaranto.

Se ha tomado como parámetro de control, las champurradas elaboradas con harina

de trigo al 100%. La harina de trigo seleccionada es harina para todo uso.

Las champurradas fueron elaboradas a mano y las características físicas se

unificaron para tener parámetros de comparación entre procesos y entre variedades. Se

prepararon champurradas de diámetro de 11 cm en promedio y 0.6 cm de grosor. Las

bolas crudas previas al horneo, alcanzaron un promedio de 45 g de peso, 4.5 cm de

diámetro. El peso alcanzado de las champurradas horneadas fue de 35 g en promedio.

El horneo se hizo en un horno de convección (Fisher Scientific Isotemp 500) a

una temperatura de 365oF por 25 minutos.

Análisis físico de las champurradas

Se ha comprobado la resistencia de las champurradas, mediante la utilización de

un aparato conocido como penetrómetro, el cual esta compuesto por un vástago cilíndrico

unido a un dinamómetro (muelle calibrado en libras o en kg), que mide la resistencia

mecánica del material al avance del vástago hasta una determinada señal. El vástago

puede ser de dimensiones muy diferentes, según las aplicaciones previstas, los más

frecuentes son de 0.79 cm o de 1.11 cm y un recorrido de penetración de 0.79 cm. Este

suele esta marcado con una hendidura en el cilindro.

En este caso, se ha utilizado un vástago de 1 cm y se han determinado los valores

milímetros de penetración tanto en el producto seco como en el producto húmedo

(inmersión en solución de café a 90oC).

Evaluación organoléptica

Para los ensayos organolépticos, se realizó una prueba de preferencia (Stone and

Sidel, 1993) para establecer el nivel de preferencia en escala de 0 a 10 para las

champurradas con amaranto.

Se han estimado dos pruebas para diferenciar las características organolépticas de

las champurradas. La primera prueba consistió en evaluar el producto en base seca, es

decir, la champurrada sin humedad adicional y la segunda prueba consistió en evaluar el

24

producto en base húmeda, es decir, el producto terminado remojado en solución de café a

90oC por un período de 10 segundos.

Análisis biológico

A fin de establecer una relación de complementación entre las proteínas de la

harina de amaranto y las proteínas de la harina de trigo, se elaboraron dietas nutritivas a

base de harina de champurradas de amaranto (variedad K-227) tratado con diferentes

procesos de cocción y se utilizaron para alimentar 7 grupos de ratas de laboratorio (8

ratas/grupo y clasificadas por peso y sexo), por un término de 14 días. Al finalizar el

tiempo estipulado, se determinó mediante ensayos de laboratorio, la calidad proteínica y

su digestibilidad. Se utilizaron como parámetros de control, una dieta de caseína como

fuente de proteína y una dieta libre de nitrógeno.

- Estudio de la complementación entre las proteínas de la avena y el amaranto

expandido

La avena perteneciente a la familia de las gramíneas contiene entre un 12 a un

12.6% de proteína, y resulta ser una base recomendada como fuente de proteína. Por ser

la lisina el aminoácido limitante en avena, y por su alto contenido en metionina, la avena

es ideal para combinarse con otro tipo de proteína proveniente de granos, legumbres y

leche y obtener así, proteínas completas como las de la carne, pescados y huevos.

Uno de los granos que cumple esta característica de complementación por

contener cantidades apreciables de lisina, es el grano de amaranto, que combinado con la

avena logra en alguna medida extender este aminoácido en la avena, además de

proporcionarle mayor textura y sabor.

Para el estudio se elaboraron mezclas con distintas proporciones de avena-

amaranto, con el fin de establecer el efecto complementario de las proteínas. Estas

mismas proporciones, se utilizaron para la elaboración de dietas, utilizadas para el

análisis biológico.

Análisis Físico

Consistencia: (expresada en cm/min y medida con el consistómetro de Bostwick), es una

respuesta del producto a la atracción de la gravedad. La deformación alcanzada en un

tiempo determinado, obedece, en primer lugar a su viscosidad, y también a la tensión

superficial o el grado de adherencia del producto a las paredes. Esta evaluación es para

25

controlar la calidad de textura del producto al mismo tiempo que da la idea de cuan

viscoso es. Las mediciones fueron realizadas por duplicado y a una temperatura de 80oC.

Solubilidad: es la cantidad de mezcla sólida que puede disolverse en una cantidad de

líquido. En este caso, al agregar a la mezcla el agua fría y agitar, se forma una

suspensión que al dejarse de agitar, precipita inmediatamente, al momento de cocinarse y

por la acción de los almidones, las partículas sólidas se mantienen en suspensión aún

después de enfriar el producto.

Absorción de agua (WAI) y sólidos solubles (WSI): para su determinación se utilizó el

método modificado de Anderson et al., 1964. A 2 g de muestra se le agregó 25 ml de

agua en un tubo de centrifuga, se mezcló y se agitó suavemente por 30 minutos a 30oC,

luego se centrifugó a 30000 x g por un período de 10 minutos. El sobrenadante fue

recolectado en un platillo Petri para evaporación del líquido y recuperación de los

sólidos.

El WSI= (peso de sólidos disueltos en sobrenadante/peso de muestra seca) x 100

El WAI= peso del gel/peso de muestra seca (Anderson et al., 1964).

El proceso de microondas se ha utilizado para evaluar su efectividad en cocinar

cereales y leguminosas de grano (More et al., 1992; Hernández-Infante et al., 1998) y en

otras aplicaciones como descongelado, secado y horneado (Rosenberg and Bogl, 1987).

Estudios preliminares fueron llevados a cabo con la cocción del grano de amaranto por

microondas, descritos mas adelante, con resultados prometedores.

- Aislamiento y cuantificación de escualeno e identificación de ácidos grasos en aceite de amaranto (Amaranthus cruentus)

Extracción del Aceite

El grano de amaranto en sus diferentes variedades, ha sido procesado en un

sistema de molienda previo a aplicarle los procesos de cocción descritos con anterioridad,

es decir, cocción húmeda, cocción alcalina (nixtamalización), expansión, malteado y

laminado, se ha utilizado también harina de amaranto crudo como blanco.

Se ha utilizado un sistema de molienda convencional (Cyclone Simple Mill, UDV

Corporation 3010-030) que proporciona un tamaño de partícula promedio de 80 mesh,

que resulta ser eficiente para el proceso de extracción del aceite.

26

Una muestra de 5 g (± 0.001g) de harina de amaranto cruda o procesada se colocó

en una unidad extractora tipo soxhlet, por un espacio de 16 horas según lo recomendado

por el método oficial de la AOAC, con éter de petróleo (bp 40-60oC). El aceite extraído

fue almacenado en frío a -4oC hasta su posterior análisis.

Extracción y aislamiento de escualeno

La extracción y aislamiento de escualeno en aceite de amaranto fue realizada en

tres etapas de acuerdo a He et al., 2002.

La primera fase es la obtención de los ácidos grasos insaponificables. 5.0 g (±

0.001g) de aceite de amaranto crudo o procesado, fueron pesados en una balanza analítica

(Balanza Analítica Adventurer OHAUS) para disolverlos en una mezcla de 20 ml de

etanol 95% y 3 ml de solución concentrada de KOH, manteniendo la mezcla en

ebullición por 30 minutos, moviendo constantemente. Después, se enfría rápidamente y

se trasfiere la mezcla a un separador. Lavar con 20 ml de etanol 95% y 40 ml de agua.

Los insaponificables fueron extraídos 5 veces con 50 ml de éter de petróleo cada

vez para eliminar la solución jabonosa.

El resultado de los 5 extractos se lavó con fracciones de 25 ml de agua cada vez,

agitando vigorosamente, hasta que el agua de lavado quedara libre de álcali, es decir,

hasta que el agua de lavado no de coloración rosa al contacto con el indicador de

fenolftaleína al 1% en etanol. La solución etérea fue secada entonces por filtración, con

sulfato de sodio anhidro y el éter de petróleo fue removido completamente de la muestra.

La segunda fase requiere de la separación por columna de cromatografía de

adsorción. Los insaponificables obtenidos en la etapa anterior, fueron purificados y

aislados por adsorción en una columna de cromatografía con alumina, de 8 mm i.d. y 30

cm de longitud, con tope de teflón y 25 ml de capacidad.

Se adicionó alumina adsorbente hasta aproximadamente 10 ml de altura,

aplicando suficiente presión para compactar la alumina. En los extremos inferior y

superior se ha usado algodón como filtro.

Seguidamente, se lavó la columna con 15 ml de éter de petróleo como

acondicionamiento hasta su utilización.

Para cargar la columna con la muestra, se disolvieron los insaponificables en 5 ml

de éter de petróleo y se transfieren a la columna de adsorción con una pipeta pasteur.

27

Cuando la solución esta dentro de la columna, se adicionan 5 ml de éter de petróleo

usados previamente para lavar el recipiente de contención de la muestra. Luego seguir

adicionando de 5 en 5 ml o de 10 en 10 ml, éter de petróleo hasta haber eluído un

volumen total de 50 ml. La velocidad de elusión no debe ser mayor a 1 ml/min. Al

terminar la elusión, lavar la columna con 40 ml de éter de petróleo, y acondicionar

nuevamente hasta la siguiente elusión. Finalmente, todo el disolvente de la muestra es

removido hasta total sequedad.

La tercera fase consiste en la cuantificación de escualeno. El residuo inadsorbido

por la columna de adsorción fue redisuelto en 5 ml de CH2Cl2, y se añadió luego una

cantidad suficiente de solución de sulfato-bromo-piridina para obtener un exceso del 50%

o más del halógeno. Usualmente la cantidad recomendada es de 10 ml.

Se mezcló en la oscuridad por 5 minutos y a la reacción resultante se le agregaron

5 ml de KI 10% justamente con 40 ml de agua, agitando vigorosamente.

Por último, se utilizó una solución de tiosulfato de sodio 0.05N para calcular los

ml de Na2S2O3 equivalentes para absorber el halógeno.

Al mismo tiempo se examinó un blanco con los reactivos de sulfato-bromo-

piridina para calcular los ml de tiosulfato de sodio que consumo el halógeno.

El cálculo del contenido de escualeno se basó en las proporciones sugeridas en el

método oficial de la AOAC (1984). Los resultados se han reportados como g de

escualeno/100 g de aceite.

Análisis de ácidos grasos

Los ácidos grasos del aceite de amaranto fueron analizados por cromatografía de

gases (GC) utilizando para ello el método propuesto por la AOAC, (1984), para la

preparación e identificación de ésteres metílicos (FAMEs) de ácidos grasos.

Las muestras fueron analizadas en un sistema cromatográfico HP-5890

II/Chemistation, equipado con ionizador de flama FID. La columna cromatográfica es

una SPB-5 (30 m x 0.53 mm i.d. x 0.5 microm).

Las condiciones cromatrográficas utilizadas fueron: corriente de nitrógeno (47

psi) con split, acarreador 2 psi en cabeza de columna, helio como gas inherte 12 psi, aire

35 psi, temperatura del inyector 250oC, temperatura del detector FID 260 oC, temperatura

28

del horno 200oC con una rampa de temperatura de 10 oC/min hasta 250 oC, 17 min,

volumen de inyección 1.0 microlitro.

Los picos fueron identificados por comparación de estándares de FAMEs

(SIGMA, Aldrich).

Técnica estadística

Los resultados fueron tratados estadísticamente por un análisis de ANOVA, y la

aplicación de t-de student para establecer diferencias significativas.

29

VI. Resultados y Discusión

Evaluación química del grano crudo y procesado de amaranto

La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos al analizad químicamente el grano de

amaranto molido sin procesar, en el que se observa un alto contenido en proteína y grasa.

Superior a los valores que se informan del maíz, arroz y de otros cereales. Los valores en

estas 6 variedades son similares a los informados anteriormente por otros autores. Las 6

variedades cosechadas en el año 2005 fueron procesadas como fuera indicado en la

sección de métodos y los productos obtenidos se analizaron por su contenido de proteína

(Tabla 8). El contenido de proteína vario de 15.1 a 16.9% entre variedades de amaranto

crudo y entre 15.2 a 19.2% con respecto a productos procesados. Las diferencias no

fueron estadísticamente significativas. Los contenidos de proteína en los productos

procesados fueron mayores al contenido promedio de los gramos en crudo probablemente

debido a que las muestras procesadas contenían niveles más bajos de humedad.

Tabla 7 Composición del grano de amaranto crudo de diferentes variedades

Variedad Humedad, %

Carbohidratos, %

Proteína, %

Grasa, %

Cenizas, %

K-277 14.0 ± 0.91 59.5 ± 0.00 16.9 ± 0.26 6.5 ± 0.43 3.1 ± 0.01 D-70-1 11.0 ± 0.30 64.8 ± 0.00 15.7 ± 0.24 6.7 ± 0.69 2.3 ± 0.00

A-200-D 12.0 ± 1.34 64.6 ± 0.00 14.7 ± 0.86 6.8 ± 0.21 2.4 ± 0.00 Don

Armando 11.0 ± 0.00 64.1 ± 0.00 15.8 ± 0.00 6.3 ± 0.18 2.4 ± 0.00

Alegría Disciplinada 12.0 ± 2.36 64.7 ± 0.00 16.2 ± 0.49 6.4 ± 0.04 2.7 ± 0.00

Montana 10.0 ± 0.22 65.1 ± 0.00 15.1 ± 0.00 6.9 ± 0.36 2.5 ± 0.00

Tabla 8 Contenido de proteína del grano de amaranto procesado

Variedad Expandido, %

Cocción Húmeda, %

Cocción Alcalina, %

Laminado, %

K-277 18.5 ± 0.04 15.2 ± 0.32 18.2 ± 0.21 16.9 ± 0.48 D-70-1 17.8 ± 0.61 17.2 ± 0.76 18.9 ± 1.18 17.2 ± 0.01

A-200-D 17.8 ± 0.01 18.2 ± 0.02 17.5 ± 0.16 16.9 ± 0.26 Don Armando 18.5 ± 0.21 19.2 ± 0.38 16.9 ± 0.48 16.9 ± 0.03

Alegría Disciplinada 18.3 ± 0.25 18.3 ± 0.51 17.7 ± 1.21 17.3 ± 0.39

Montana 18.0 ± 0.11 17.6 ± 0.24 17.1 ± 0.70 16.7 ± 0.08

30

Algunas evaluaciones sobre las propiedades fisicoquímicas de las harinas

procesadas por los diferentes métodos se describen en la Tabla 9, para la variedad Alegría

Disciplinada. No se puede llegar a conclusiones, excepto que los procesos alteran las

características fisicoquímicas de la harina, posiblemente asociado al grado de

gelatinización inducido por el tratamiento.

Tabla 9 Propiedades físicas de harinas de amaranto procesado

(Variedad Alegría Disciplinada)

Muestra WAI* WSI** Sedimentación (ml/min.)

Bulkdensity (g/ml)

Viscosidad (cm/min.)

A. crudo 0.53 ± 0.01 13.22 ± 0.51 2.10 ± 0.00 0.02 ± 0.004 12.75 ± 0.35 A. cocido 1.46 ± 0.30 16.39 ± 0.06 0.67 ± 0.00 0.03 ± 0.003 9.50 ± 0.00

A. nixtamalizado 2.63 ± 0.25 18.50 ± 0.06 0.35 ± 0.03 0.02 ± 0.001 13.00 ± 0.00 A. expandido 4.82 ± 0.15 17.03 ± 0.45 1.60 ± 0.00 0.05 ± 0.009 9.50 ± 0.00

* WAI= absorción de agua (g de gel/g muestra) ** WSI= sólidos solubles en agua (g de sólidos secos/g muestra) Las variedades cosechas en Enero 2005, (solo 5 del total de 6) fueron fermentadas

y malteadas como ya fuera descrito y se analizaron por su contenido de proteína, grasa y

azucares, los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 10.

Tabla 10 Composición química parcial de 5 variedades de amaranto crudo, fermentado y

malteado (g %) Variedad Proceso Humedad Proteína Grasa Azucares

Cruda 11.61 ± 1.47 14.38 ± 0.01 6.85 ± 0 54.9 Fermentado 3.88 ± 0.11 15.53 ± 0.01 6.14 ± 0 71.5 K-277 Malteado 2.55 ± 0.06 18.35 ± 0.02 5.83 ± 0 69.7

Cruda 10.82 ± 1.51 13.94 ± 0.18 7.15 ± 0 57.6 Fermentado 4.00 ± 0.07 14.14 ± 0.10 7.36 ± 0 72.1 D-70-1 Malteado 4.03 ± 0.02 20.80 ± 0.01 6.74 ± 0 64.6

Cruda 7.80 ± 0.50 14.04 ± 0.15 7.28 ± 0 59.4 Fermentado 4.86 ± 0.13 14.29 ± 0.20 5.04 ± 0 73.3 A-200-D Malteado 2.53 ± 0.02 18.45 ± 1.00 9.19 ± 0 66.8

Cruda 11.55 ± 1.30 13.62 ± 0.05 9.50 ± 0 51.94 Fermentado 1.50 ± 0.02 14.17 ± 0.20 7.39 ± 0 74.39 Don

Armando Malteado 2.36 ± 0.04 18.11 ± 0.13 6.74 ± 0 69.52

Cruda 10.45 ± 2.0 13.94 ± 0.50 9.55 ± 0 52.56 Fermentado 4.95 ± 0.01 12.42 ± 0.57 7.96 ± 0 71.69 Montana Malteado 3.08 ± 0.03 17.35 ± 0.21 7.29 ± 0 67.72

31

De los datos en la tabla se nota que el malteo incremento el contenido de proteína

y el de azucares aunque no tanto como el amaranto fermentado anaeróbicamente. Se

considera de interés estudiar estos procesos más en detalle para apreciar el significado de

los cambios observados, tanto en características funcionales como de propiedades

organolépticas.

Efecto del procesamiento sobre la calidad de la proteína del amaranto

Es un hecho bien documentado que la aplicación de altas temperaturas por largos

tiempos pueden reducir significativamente la calidad de las proteínas, a través de una

reducción en la lisina disponible principalmente. Por el contrario la aplicación controlada

de altas temperaturas puede ser de beneficio a la calidad de la proteína destruyendo

factores antifisiológicos. En base a lo anterior fue de interés evaluar el efecto de los

diferentes procesos sobre la calidad de la proteína y para tal fin se utilizó la variedad

Alegría Disciplinada, en crudo, cocido en agua, nixtamalizado y expandido, en un

estudio. En otro se evaluó la cocción por microondas.

Para el estudio de varios procesos se prepararon las dietas descritas en la Tabla

11.

Tabla 11 Composición de las dietas experimentales para evaluar el efecto de diversos

procesos usando la variedad Alegría Disciplinada (g %)

Dietas Proceso 1 2 3 4 Amaranto crudo 64.00 - - - Amaranto cocido - 57.10 - -

Amaranto nixtamalizado - - 62.50 - Amaranto expandido - - - 60.60

Aceite vegetal 5.00 5.00 5.00 5.00 Mezcla mineral 4.00 4.00 4.00 4.00

Mezcla vitamínica 1.00 1.00 1.00 1.00 Almidón 26.00 32.90 27.50 29.40

Total 100.00 100.00 100.00 100.00

Como referencia se prepara una dieta de caseína al 10% de proteína y una dieta

aproteica para determinar el NPR.

Se utilizaron 8 ratas recién destetadas por tratamiento y alimentadas adlibitum por

un período de 14 días y los resultados se presentan en la Tabla 12.

32

Tabla 12 Calidad de la proteína de la variedad de amaranto Alegría Disciplinada sometida a

varios procesos térmicos

Proceso % Proteína en Dieta

Aumento en Peso, g

Alimento Consumido,

g

Eficiencia Alimenticia* NPR

Crudo 11.91 ± 0.19 32 ± 3.9 120 ± 0.9 0.29 ± 0.02 3.20 ± 0.25 Cocido 10.42 ± 0.02 70 ± 9.8 181 ± 6.2 0.39 ± 0.04 4.54 ± 0.99

Nixtamalizado 10.70 ± 0.18 46 ± 6.3 159 ± 2.9 0.29 ± 0.08 3.33 ± 0.79 Expandido 10.27 ± 0.10 49 ± 2.0 170 ± 10.5 0.28 ± 0.02 3.28 ± 0.21

Caseína 10.50 ± 0.10 61 ± 3.7 178 ± 7.0 0.35 ± 0.02 3.90 ± 0.22 Como se puede observar en la tabla, los productos procesados tienen una calidad

proteínica igual o superior a la semilla cruda, en particular el material cocido con agua.

Este efecto ya se había informado en otros estudios (Bressani et al., 1987). Lo importante

es también que el nixtamalizado y el expandido no redujeron la calidad proteínica del

amaranto.

Procesamiento del amaranto por cocción con microondas

Para estos propósitos se utilizo una mezcla de las variedades del estudio (A.

cruentus). El primer experimento consistió en establecer el tiempo de remojo a

temperatura ambiente del grano de amaranto, para lo cual 15 g en duplicado se remojaron

en 60 ml de agua destilada hasta 5 hrs. Al final del período de remojo las muestras

fueron puestas en el horno de microondas a la mayor temperatura por un período de 7

minutos. Luego se secaron y se analizaron por los parámetros mostrados en la Tabla 13.

Tabla 13 Efecto del tiempo de remojo y cocción por microondas sobre el indice de absorción

de agua (WAI), sólidos solubles (WSI) y contenido de proteína

Tiempo de Remojo, hrs.

Absorción de Agua, %

Indice de Absorción de Agua (g gel/g

muestra)

Indice de Sólidos Solubles

(g/muestra)

Proteína %

0 0 3.08 ± 0.56 0.67 ± 0.06 15.8 ± 2.5 1 47.9 ± 0.6 6.12 ± 0.65 1.60 ± 0.17 15.2 ± 2.4 2 50.1 ± 0.2 6.19 ± 0.66 1.48 ± 0.15 15.2 ± 0.6 3 53.2 ± 1.4 6.38 ± 0.73 1.50 ± 0.35 15.9 ± 0.6 4 53.0 ± 2.0 6.04 ± 0.58 1.37 ± 0.76 14.7 ± 4.1 5 54.3 ± 0.1 5.97 ± 0.55 1.65 ± 0.16 14.7 ± 1.8

33

De los datos de la tabla se concluye que 3 hrs. de remojo a temperatura ambiente

permite una absorción del 50% que no es superada por mas tiempo de remojo. Así

mismo, la exposición a 7 minutos de cocción por microondas aumenta el indice de

absorción de agua a las 3 hrs. de remojo y no se supera por mayor tiempo de remojo, lo

cual también se observa en los sólidos solubles. El contenido de proteína se mantuvo

constante.

En un segundo ensayo, usando muestras de 15 g de amaranto crudo en duplicado,

y sometiéndolo en remojo por 3 hrs. en agua a temperatura ambiente, se sometió a

cocción en microondas por 0, 5, 10 y 15 minutos a la temperatura máxima (Tabla 14). En

un caso se le eliminó el líquido de remojo y en otro se dejó el líquido de remojo. Los

productos fueron analizados por índice de absorción de agua (WAI) e índice de sólidos

solubles (WSI).

Tabla 14 Efecto del tiempo de cocción por microondas sobre el índice de absorción de agua

(WAI) y de sólidos solubles (WSI) en amaranto

Sin Agua Con Agua Tiempo de Cocción WAI WSI WAI WSI

0 7.18 0.86 2.89 0.85 5 5.26 ± 0.70 1.17 ± 0.28 6.38 ± 0.48 1.01 ± 0.06 10 7.55 ± 1.50 1.82 ± 0.30 5.70 ± 0.06 0.47 ± 0.09 15 5.96 ± 0.09 1.48 ± 0.11 5.27 ± 0.06 1.43 ± 0.01

De estos datos parece que solo se requieren 5 minutos de cocción por microondas

cuando el grano de amaranto se quede con el agua de remojo y 10 minutos cuando la

cocción se hace con el grano remojado sin agua en la cocción. Es necesario sin embargo

llevar a cabo más análisis químicos de carbohidratos y proteínas para apreciar mejor la

cocción por microondas.

Con base en los resultados experimentales de cocción se procedió a una primera

evaluación del efecto de cocción por microondas sobre la calidad de la proteína del

amaranto, usando una mezcla de granos de A. cruentus. Lotes de 1360 g cada uno se

dejaron en agua por 3 hors de remojo a temperatura ambiente. Una muestra se deshidrato

(cruda). Una segunda muestra se sometió a cocción en agua a 90oC por 10 minutos.

Luego se deshidrató. La tercera muestra fue procesada igual que la anterior pero la

cocción con microondas por 10 minutos se hizo solo en el grano húmedo. Una cuarta

34

muestra se procesó como la anterior con la diferencia que la cocción con microondas se

hizo en el amaranto con su agua de remojo. Todas las muestras deshidratadas se

molieron y se prepararon dietas al 10% de proteína utilizando 62.5% de harina, 4% de

sales minerales, 5% de aceite vegetal, 1% de mezcla vitamínica ajustando a 100% con

almidón de maíz. Se utilizó una dieta de caseína al 10% de proteína para fines de control.

El estudio se realizó usando 8 ratas recién destetadas alimentadas adlibitum por un

período de 14 días. Los datos biológicos se detallan en la Tabla 15.

Tabla 15 Valor proteico de amaranto crudo, cocido en agua y por microondas

Tratamiento Aumento en Peso, g

Alimento Ingerido, g NPR Valor Proteico

% Caseína Amaranto

crudo 33 ± 6.0 131 ± 16.6 3.36 ± 0.75 82.1

A. cocido en hornilla 54 ± 7.9 165 ± 18.8 3.63 ± 0.16 88.7

A. cocido por microondas sin

agua 54 ± 7.2 168 ± 11.3 3.91 ± 0.25 95.6

A. cocido por microondas en

agua 53 ± 4.9 167 ± 9.2 3.47 ± 0.24 84.8

Caseína 54 ± 9.1 167 ± 16.4 4.09 ± 0.38 100.0 Los resultados indican que la cocción con microondas es efectiva como la cocción

común usando fuentes de energía convencional en mejorar la calidad proteínica del grano

de amaranto, reflejado tanto en el aumento en peso como en el NPR. Como ya se había

indicado anteriormente el grano crudo de amaranto no refleja el alto valor nutritivo de su

proteína por factores aun todavía no bien identificados que podrían ser inhibidores

enzimáticos o sencillamente una baja digestibilidad de los carbohidratos.

Desarrollo de alimentos en base a la harina de amaranto

Valor proteico de mezclas de harina de trigo con harina de amaranto

Para estos estudios se procedió a evaluar el efecto complementario entre las

proteínas de trigo y las del grano de amaranto. Para tal propósito se prepararon mezclas

de los dos ingredientes distribuyendo un 10% de proteína proporcionalmente entre las dos

harinas. De esta manera las mezclas a evaluar contenían por peso harina de trigo/harina

de amaranto en las siguientes cantidades 90/0, 73/13, 54/27, 36/40, 18/53 y 0/67. Estas

35

combinaciones dieron 10.8, 9.9, 10.2, 10.4, 10.3 y 10.3 % de proteína en dietas que

además de la mezcla de harinas contenían 5% de aceite vegetal, 4% de mezcla mineral,

1% de mezcla vitamínica completa. Si fuera necesario, las dietas se ajustaron a 100%

con almidón de maíz. La calidad proteica utilizó caseína como proteína de referencia al

10% de proteína, y consistió en un PER llevado a cabo por 28 días. Se utilizaron 8 ratas

destetadas por grupo y se alimentaron adlibitum. El PER se estableció por el aumento en

peso por unidad de proteína consumida. Los resultados se muestran en la Tabla 16.

Tabla 16 Valor proteico de mezclas de harina de trigo con harina de amaranto

Mezcla de Harina de

Trigo Amaranto Aumento en

Peso, g Alimento

Ingerido, g PER Valor

Proteico, % Caseína

90 0 25 ± 4.9 248 ± 39.5 0.94 31.7 73 13 40 ± 4.2 303 ± 31.3 1.34 45.2 54 27 59 ± 7.7 334 ± 35.3 1.74 58.8 36 40 87 ± 23.0 369 ± 62.8 2.28 77.0 18 53 117 ± 18.3 303 ± 31.3 2.65 89.9 0 67 114 ± 17.7 407 ± 32.4 2.72 91.9

Caseína 119 ± 10.2 416 ± 26.0 2.96 100 Los datos de este estudio indican que existe una relación directa entre el nivel de

amaranto en la dieta y la calidad de la proteína, o sea que la proteína del amaranto esta

suplementando a la proteína de la harina de trigo muy posiblemente porque la primera es

rica en su contenido de lisina en comparación con la harina de trigo.

Productos elaborados a base de harina de amaranto

Champurradas

Un producto que es de alta aceptabilidad son las galletas y entre ellas podría

considerarse la galleta conocida como Champurrada en Guatemala. Este alimento y las

modificaciones que se le hicieron con harina de amaranto se muestran en la Tabla 17.

36

Tabla 17 Composición de ingredientes de la champurrada control y de dos modificaciones

con harina de amaranto

Ingrediente Control % Alegría Disciplinada % K-277 %

Harina de trigo 100 g 40.6 60 24.4 60 26.3

Harina de amaranto - - 40 16.3 40 17.5

Grasa 21 8.5 21 8.5 25 11.0 Levadura 2 0.8 2 0.8 2 0.9 Azúcar 43 17.5 43 17.5 45 19.7 Agua 80 ml 32.5 80 ml 32.5 56 24.6

La relación trigo/amaranto en las dos formulaciones probadas fue 60/40 que sería

equivalente a 48/32 en la Tabla 16, con un valor proteínico teórico de 60 – 65% del valor

de caseína.

Para tal efecto se han utilizado dos variedades diferentes de amaranto de la misma

especie, amaranto Alegría Disciplinada y K-277. A las harinas procesadas de la variedad

Alegría Disciplinada, se le aplicaron los análisis químicos, físicos y organolépticos y a la

segunda variedad (K-277) se le ha aplicado el estudio químico y biológico con ratas de

laboratorio.

La Tabla 18 y 19 resume los datos químicos de las champurradas preparadas de

las dos variedades de amaranto de diferentes procesos.

Tabla 18 Análisis químico proximal de champurradas de amaranto procesado

(Variedad K-277) Muestra/Champurrada Grasa, % Proteína, % Humedad, % Cenizas, %

Control* 11.4 ± 0.00 9.6 ± 0.58 2.1 ± 0.06 1.4 ± 0.05 Amaranto crudo 12.8 ± 0.11 9.3 ± 0.22 2.8 ± 0.06 1.9 ± 0.08

Amaranto nixtamalizado 12.5 ± 0.00 8.9 ± 0.11 2.9 ± 0.05 2.8 ± 0.05 Amaranto hervido 11.9 ± 0.00 9.4 ± 0.49 3.2 ± 0.05 2.1 ± 0.03

A. reventado 11.9 ± 0.00 9.6 ± 0.15 2.9 ± 0.01 2.1 ± 0.04 * Champurrada control, sin adición de harina de amaranto.

37

Tabla 19 Análisis de champurradas de amaranto procesado (Variedad Alegría Disciplinada)

Muestra* Proteína

% Grasa

% Carbohidratos

% Humedad

% Fibra

% Cenizas

%

Control 11.8 ± 0.24

13.6 ± 1.54 67.7 ± 0.00 4.4 ± 0.09 0.9 ±

0.01 1.5 ± 0.01

A. crudo 12.1 ± 0.28

12.9 ± 0.96 66.9 ± 0.00 5.1 ± 0.02 1.0 ±

0.00 1.9 ± 0.02

Amaranto cocido/cal

11.4 ± 0.36

14.7 ± 0.72 67.2 ± 0.00 3.8 ± 0.09 1.1 ±

0.04 1.9 ± 0.01

Amaranto cocido

11.7 ± 0.10

11.5 ± 0.01 70.5 ± 0.00 3.9 ± 0.08 0.9 ±

0.00 1.4 ± 0.11

Amaranto expandido

11.5 ± 0.30

13.4 ± 1.35 68.9 ± 0.00 3.5 ± 0.05 1.2 ±

0.01 1.6 ± 0.01

Valores en 100 g de muestra (harina). El contenido de proteína es más alto en las champurradas de la variedad Alegría

Disciplinada que para la K-277 y en promedio tienen un poco más de grasa, lo cual no se

puede explicar debido a que la fórmula (Tabla 11) de la K-277 contenía más aceite.

Algunas evaluaciones fisicoquímicas se describen en la Tabla 20, mostrando algunos

datos de interés de las champurradas preparadas de harina de amaranto procesado. El

cocido aparentemente le impartió a la champurrada más resistencia al quiebre, mientras

que la harina de amaranto expandido le dio menos resistencia. Aparentemente el uso de

harina de amaranto redujo el índice de absorción de agua y aumento los sólidos solubles.

Más ingestación es necesaria para esta área de funcionalidad de las harinas de amaranto

en galleta como la champurrada.

38

Tabla 20 Resistencia física y absorción de agua en champurradas de amaranto (Alegría

Disciplinada) crudo y procesado

Muestra Resistencia Física (base

seca)

Resistencia Física (base húmeda)*

Absorción de Agua

Sólidos Solubles en

Agua Trigo 0.00 ± 0.00 3.4x10-5 ± 0.00 0.78 ± 0.05 0.18 ± 0.00

Amaranto crudo 0.00 ± 0.00 3.5x10-5 ± 0.00 0.49 ± 0.02 0.19 ± 0.01

Amaranto cocido 0.00 ± 0.00 6.4x10-4 ± 0.00 0.38 ± 0.02 0.22 ± 0.01

Amaranto cocido/cal 0.00 ± 0.00 2.4x10-4 ± 0.00 0.58 ± 0.11 0.22 ± 0.01

Amaranto expandido 0.00 ± 0.00 1.4x10-4 ± 0.00 0.53 ± 0.13 0.24 ± 0.01

* Valores expresados en mm de penetración (inmersión es café a 90oC por 10 segundos) Evaluación organoléptica en champurradas de amaranto (Variedad Alegría Disciplinada y K-277) Para la evaluación organoléptica se utilizaron pruebas de preferencia realizadas

por panelistas. Las champurradas fueron evaluadas por los panelistas sin ser remojadas y

remojadas en café caliente (a una temperatura de 80oC).

En ambos casos se les pidió que hicieran una evaluación en escala de 0 a 10 en

cuanto a sabor, aroma, apariencia, color y textura. Los resultados se presentan en las

Tablas 21 y 22. En cuanto a sabor, apariencia, aroma y color se encuentran en valores de

6 a 9 en casi todas las champurradas, excepto en aquellas preparadas con amaranto crudo

y expandido que reportaron valores promedio de 6. En cuanto a la textura, los datos

obtenidos resultan ser más variados, debido a que la resistencia física de la champurrada

a romperse es alta en comparación a la champurrada tradicional que no lleva amaranto,

excepto en la champurrada con harina de amaranto de cocción húmeda y de expandido

los cuales reportaron valores de 9 y 7 respectivamente, posiblemente debido al nivel de

gelatinización de los almidones, no permitiendo mucha absorción de agua (café).

39

Tabla 21 Evaluaciones de preferencia para muestras de champurrada con amaranto en seco

Muestra Sabor Aroma Apariencia Color Textura

Harina de trigo 8 7 9 8 5 Amaranto crudo 6 8 9 9 5 Amaranto cocido 8 9 9 9 9

Amaranto cocido/cal 8 9 7 9 3 Amaranto expandido 6 8 8 9 7

Tabla 22 Evaluaciones de preferencia para muestras de champurrada con amaranto en

húmedo

Muestra Sabor Aroma Apariencia Color Textura Harina de trigo 8 6 9 8 4 Amaranto crudo 6 8 9 9 3 Amaranto cocido 9 9 9 9 9

Amaranto cocido/cal 9 9 7 9 3 Amaranto expandido 6 8 8 9 7 Calidad de la proteína de las champurradas con harinas procesadas con amaranto (Variedad K-277) Para la realización de este estudio, se han elaborado dietas para alimentar a ratas

de laboratorio a base de champurradas de amaranto (Variedad K-277) tratado con

diferentes procesos de cocción, a fin de determinar la calidad proteínica de este producto.

Las dietas están descritas en la Tabla 23. Las ratas en estas dietas aumentaron muy poco

en peso aun habiendo ingerido el alimento, lo cual sugirió que el proceso de horneo de la

champurrada posiblemente redujo la biodisponibilidad de la lisina. Además el nivel de la

proteína fue bajo. Se pudo determinar la digestibilidad de la proteína de las

champurradas mostrada en la Tabla 24 con valores bajos para las champurradas.

40

Tabla 23 Composición de las dietas con harinas de champurradas preparadas con harinas de

amaranto (Variedad K-277) Ingrediente 1 2 3 4 5 6 7

Harina de champurrada control 90.0 - - - - - -

Amaranto crudo - 90.0 - - - - - Amaranto

nixtamalizado - - 90.0 - - - -

Amaranto cocido - - - 90.0 - - - Amaranto reventado - - - - 90.0 - -

Caseína - 11.0 - Almidón de maíz - 79.0 90.0 Mezcla mineral 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0

Mezcla vitamínica 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 Aceite vegetal 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0

Total 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0

% Proteína 8.28 ± 0.01

8.37 ± 0.27

8.67 ± 0.07

8.96 ± 0.99

9.00 ± 0.01

10.08 ± 0.30 -

Tabla 24

Aumento en peso de las ratas consumiendo dietas de champurradas con harinas de amaranto procesado

Champurrada Aumento en Peso, 14 días, g Digestibilidad, % Control (C) 1.4 83.8 ± 3.4

C + Amaranto crudo 3.9 77.6 ± 0.9 C + Amaranto nixtamalizado 1.7 73.4 ± 13.9

C + Amaranto cocido 2.9 68.2 ± 9.2 C + Amaranto reventado 0 65.8 ± 4.8

Caseína 63 92.3 ± 11.1

Para demostrar que la respuesta animal observada fue debido al bajo nivel de

proteína y a la posible destrucción de lisina, a las dietas de la Tabla 23, se les adicionó

3% de caseína lo cual aportó 2.7 g/100 g mas de proteína, y una cantidad adicional de

lisina. La Tabla 25 muestra la respuesta biológica inducida por la adición de caseína. No

es posible concluir que las diferencias son debido a las diferentes calidades nutritivas de

las harinas de amaranto procesado. Sin embargo es muy importante realizar estudios más

controlados con respecto al horneo de los productos.

41

Tabla 25 Aumento en peso en ratas y NPR en dietas elaboradas con champurradas de

amaranto (Variedad K-277) a 24 días de alimentación

Dieta/Champurrada Aumento en Peso, g

Alimentos Ingerido, g NPR

Control 19.13 ± 6.51 78.81 ± 10.85 2.16 ± 0.54 Amaranto crudo 28.25 ± 4.30 98.50 ± 8.40 2.42 ± 0.22

Amaranto nixtamalizado 22.63 ± 3.16 90.56 ± 13.54 2.06 ± 0.23

Amaranto hervido 24.88 ± 2.75 93.94 ± 19.05 2.48 ± 0.19 Amaranto reventado 21.88 ± 1.46 86.25 ± 9.01 2.20 ± 0.22

Caseína 49.88 ± 12.16 161.56 ± 14.94 2.33 ± 0.56 Complementación entre las proteínas de la avena laminada y el amaranto expandido (Variedad Alegría Disciplinada) El déficit de aminoácidos esenciales tales como la lisina y la treonina en la avena

y su alto contenido en metionina, hace ideal a la avena para combinarse con otro tipo de

proteína proveniente de otros alimentos tales como el amaranto, que se caracteriza por su

alto contenido en lisina.

Las relaciones base avena-amaranto utilizadas para este estudio se basan en el

contenido proteico tanto de la avena como del amaranto. En esta ocasión un nivel de

10% de proteína fue distribuido entre la avena y el amaranto para dar mezclas cuya

composición química proximal se describe en la Tabla 26. Las proporciones obtenidas de

avena-amaranto fueron de 74/0, 63/12, 48/25, 32/37, 16/49 y 0/62. Estas mezclas

contendrían alrededor de 11.5% de proteína y 6.1% de grasa.

Estas mezclas fueron ofrecidas a grupos de ratas para evaluar su calidad

proteínica a través del método de NPR. Los resultados se muestran en la Tabla 27. El

valor más alto fue observado en la mezcla 32 partes de avena y 37 partes de amaranto que

corresponde a una bebida de 46% avena y 54% amaranto con un valor del 89% del valor

de caseína. Algunas características fisicoquímicas se resumen en la Tabla 28 con valores

que se asocian al nivel de amaranto en el producto o en el nivel de avena.

42

Tabla 26 Composición en harina para atoles avena-amaranto

Muestras, g

Avena Amaranto Proteína,

% Grasa,

% Carbohidratos Totales, %

Humedad, %

Cenizas, %

74 0 11.1 ± 0.64 6.1 ± 0.00 75.8 ± 0.77 5.4 ± 0.07 1.7 ± 0.19 63 12 11.5 ± 0.29 6.3 ± 0.00 74.9 ± 0.09 5.4 ± 0.17 1.9 ± 0.04 48 25 11.8 ± 0.33 6.0 ± 0.00 74.9 ± 1.08 4.6 ± 0.69 2.1 ± 0.05 32 37 12.0 ± 0.02 6.1 ± 0.00 75.2 ± 0.28 4.7 ± 0.31 2.1 ± 0.05 16 49 12.0 ± 0.02 6.1 ± 0.00 75.2 ± 0.28 4.7 ± 0.31 2.1 ± 0.05 0 62 12.1 ± 0.37 5.9 ± 0.00 75.9 ± 0.38 3.9 ± 0.02 2.1 ± 0.01

Tabla 27

Valores de NPR/PER como resultado del estudio biológico de una bebida de alto valor proteico a base de avena-amaranto

Dieta

Avena Amaranto Aumento en

Peso, g Alimentos Ingerido, g

NPR, %

74 0 44.63 ± 5.80 157.8 ± 13.90 3.4 ± 0.22 63 12 51.00 ± 6.51 183.8 ± 11.68 3.2 ± 0.42 48 25 47.75 ± 9.73 164.3 ± 12.89 3.1 ± 0.37 32 37 54.75 ± 6.28 176.3 ± 16.64 3.4 ± 0.23 16 49 48.12 ± 6.62 173.5 ± 12.86 3.0 ± 0.21 0 62 48.13 ± 5.54 162.4 ± 10.27 3.2 ± 0.24

Caseína 67.50 ± 11.58 186.6 ± 16.74 3.8 ± 0.35

Tabla 28 Propiedades físicas en atoles de avena-amaranto

Muestra Consistencia (cm/min) Solubilidad, % WAI WSI

1 11.0 ± 0.00 5 ± 0.00 3.08 ± 0.03 24.49 ± 0.25 2 11.5 ± 0.00 5 ± 0.00 4.48 ± 0.01 18.08 ± 1.10 3 15.0 ± 0.00 5 ± 0.00 4.97 ± 0.27 16.95 ± 0.66 4 19.0 ± 0.00 5 ± 0.00 4.64 ± 0.21 16.71 ± 0.42 5 16.5 ± 0.00 5 ± 0.00 5.57 ± 0.00 15.37 ± 0.04 6 24.0 ± 0.00 5 ± 0.00 5.97 ± 0.06 17.24 ± 0.09

Desarrollo de alimentos de calidad proteica mejorada entre leguminosas de grano y amaranto Una aplicación que podría ser de interés es el desarrollo de alimentos

complementarios a base de leguminosas de grano y amaranto. Por lo general, el

43

amaranto se ha utilizado en mezclas con cereales con el fin de mejorar la calidad proteica

del cereal por su contribución en lisina de mayor contenido en el amaranto. En el caso de

las leguminosas de grano, estas son fuentes ricas en lisina como el amaranto, pero son

deficientes en aminoácidos azufrados (Max. 0.25g/g N) los cuales se encuentran en

mayor cantidad en el amaranto (± 0.32g/g N). Por consiguiente el amaranto adicionado a

las leguminosas de grano se traduce con una calidad proteica superior por su efecto

suplementario.

En base a lo anterior se llevaron a cabo varios estudios biológicos entre el

amaranto (cocido y/o reventado) y varias leguminosas como el gandul (Cajanus cajan),

el haba (Vicia faba), el piloy (Phaseolus coccineous) y la soya (Glycine max). Las

leguminosas fueron descaradas y sometidas a tostación y luego molidas. En base al

contenido de proteína del amaranto (± 16.0%) y el de las leguminosas (± 22.0%), se

prepararon mezclas que contribuían de 0 a 100% de la proteína de un ingrediente con 100

a 0% del otro ingrediente, de tal maneras que las mezclas iban de 0% de ingrediente hasta

100% del otro y viceversa. Los estudios biológicos se llevaron a cabo con dietas con

10% de proteína, dietas que fueron ofrecidas adlibitum a grupos de 8 ratas por un período

de 14 días en la mayor parte de los casos y por 28 días en el estudio de mezclas de

soya/amaranto. Los resultados de los diferentes ensayos se detallan en las Tabla 29 y 30

para gandul/amaranto, en la Tabla 31 para piloy/amaranto, en la Tabla 32 para

haba/amaranto y en la Tabla 33 para harina de soya/amaranto. Al analizar los resultados

del estudio con gandul/amaranto, se nota una linearidad en el índice de calidad conforme

el nivel de amaranto aumento en la mezcla. Esto es lo que en realidad se esperaba debido

a la contribución de metionina por parte del amaranto. Sin embargo, parece existir una

respuesta curvilineal hacía mayores niveles de amaranto en la mezcla. En todo caso se

sugieren alimentos complementarios entre gandul y amaranto entre 16% gandul/84%

amaranto hasta 55% gandul/45% amaranto. La calidad proteica de estos productos seria

igual a pesar de que con más gandul en la mezcla el producto contendría más proteína.

En el caso del piloy/amaranto en la Tabla 31, se puede apreciar la respuesta linear

a favor del amaranto con mezclas entre 49/51% piloy/amaranto hasta 14/87%. Estas

mezclas aparentemente serían de una calidad proteínica un poco más bajas que las

44

anteriores de gandul/amaranto, posiblemente porque el piloy es de menor calidad que el

gandul.

Las mezclas entre haba/amaranto mostraron también una respuesta linear a

mayores niveles de amaranto. Alimentos complementarios entre estos dos ingredientes

contienen entre 49/51% de haba/amaranto hasta 14/86% con un valor proteico alto en

comparación caseína. Finalmente la Tabla 33 muestra los datos con soya y amaranto. En

este caso se puede indicar que la calidad proteínica de los dos ingredientes es muy similar

a pesar de que 100% de la proteína de amaranto dio un valor proteico ligeramente

superior cuando 100% de la proteína a la dieta provenía de la soya. En todo caso mezclas

de 6% soya y 94% de amaranto tiene una calidad proteínica similar a una mezcla de 53%

de soya y 47% de amaranto. La diferencia sería el contenido de proteína superior en la

segunda por el mayor contenido de soya.

Tabla 29 Contenido de ingredientes mayores y resultados de la calidad de proteína en ratas

de mezclas de gandul/amaranto

Ingredientes Gandul* Amaranto**

Aumento en Peso, g

Alimento Ingerido, g NPR Valor Proteico

% Caseína 46 0 25 ± 8.0 117 ± 22.3 2.70 ± 0.31 64.1 30 24 62 ± 5.7 184 ± 22.6 3.52 ± 0.23 83.6 22 36 55 ± 8.8 171 ± 20.2 3.50 ± 0.36 83.5 13 47 61 ± 5.1 182 ± 10.8 3.60 ± 0.17 85.5 0 62 47 ± 2.4 160 ± 8.0 3.24 ± 0.17 76.9

Caseína 68 ± 15.4 167 ± 25.8 4.21 ± 0.31 100.0 * Descascarado, calentado a 80oC, 20 min. ** Grano expandido (25 – 30 segundos).

45

Tabla 30 Contenido de ingrediente mayores y resultados de la evaluación de calidad

proteínica en ratas alimentadas con gandul tostado y amarando cocido

Ingredientes Gandul* Amaranto**

Aumento en Peso, g

Alimento Ingerido, g NPR Valor Proteico

% Caseína 0 61 62 ± 5.0 175 ± 15.8 4.02 ± 0.13 96.2 9 48 63 ± 11.0 187 ± 22.7 3.87 ± 0.30 92.6 18 36 52 ± 7.8 173 ± 17.4 3.54 ± 0.20 84.7 27 24 47 ± 7.3 168 ± 16.5 3.19 ± 0.19 76.3 36 12 39 ± 9.5 155 ± 19.0 2.85 ± 0.32 68.2 45 0 13 ± 2.0 106 ± 10.4 1.80 ± 0.15 43.1

Caseína 62 ± 4.7 177 ± 14.6 4.18 ± 0.22 100.0 * Descascarado y tostado por 20 minutos. ** Amaranto cocido en agua por 10 minutos después de 3 horas de remojo.

Tabla 31 Contenido de ingredientes mayores y resultados de la calidad de proteína en ratas

de niveles de piloy/amaranto

Ingredientes Piloy* Amaranto**

Aumento en Peso, g

Alimento Ingerido, g NPR Valor Proteico

% Caseína 40 0 5 ± 1.8 83 ± 6.0 1.56 ± 0.17 37.0 32 13 13 ± 3.5 100 ± 10.9 2.04 ± 0.16 48.4 24 25 19 ± 3.0 102 ± 13.6 2.64 ± 0.16 62.7 16 37 20 ± 5.1 102 ± 9.5 2.61 ± 0.38 62.0 8 50 39 ± 8.6 147 ± 21.8 3.01 ± 0.26 71.5 0 62 47 ± 2.4 160 ± 8.0 3.24 ± 0.17 76.9

Caseína 68 ± 15.4 167 ± 25.8 4.21 ± 0.31 100.0 * Descascarado, calentado a 80oC por 20 minutos. ** Grano expandido (25 – 30 segundos).

46

Tabla 32 Contenido de ingredientes mayores y resultados de la calidad de proteína en ratas

de mezclas de haba tostada y amaranto

Ingredientes Haba

Tostada* Amaranto

Reventado**

Aumento en Peso, g

Alimento Ingerido, g NPR

Valor Proteico %

Caseína 40 0 23 ± 3.9 116 ± 12.0 2.25 ± 0.26 60.3 32 13 31 ± 2.6 127 ± 12.0 2.60 ± 0.17 69.7 24 25 53 ± 6.0 167 ± 17.1 3.04 ± 0.10 81.5 16 37 60 ± 9.5 184 ± 17.1 3.17 ± 0.27 85.0 8 50 65 ± 7.0 189 ± 15.7 3.56 ± 0.17 95.4 0 63 52 ± 5.2 172 ± 9.5 3.20 ± 0.16 85.8

Caseína 67 ± 11.6 187 ± 16.7 3.73 ± 0.34 100.0 * Tostado 24.0% proteína. ** Amaranto expandido 16.0% proteína.

Tabla 33 Contenido de ingredientes mayores y resultados de la calidad de proteína en ratas

alimentadas con mezcla de harina de soya desgrasada y amaranto cocido

Ingredientes Soya Amaranto

Aumento en Peso, g*

Alimento Ingerido, g* PER Valor Proteico

% Caseína 0 77 128 ± 13.8 444 ± 30.1 2.69 ± 0.16 91.8 4 61 127 ± 21.0 448 ± 48.1 2.71 ± 0.22 92.5 8 46 130 ± 18.4 459 ± 46.2 2.71 ± 0.14 92.5 12 31 125 ± 20.1 439 ± 32.6 2.71 ± 0.27 92.5 17 15 128 ± 14.4 466 ± 41.6 2.66 ± 0.17 90.1 21 0 115 ± 12.9 446 ± 41.2 2.53 ± 0.13 86.3

Caseína 124 ± 11.2 416 ± 29.4 2.94 ± 0.11 100.0 * En 28 días. Aislamiento y cuantificación de escualeno en harina de amaranto cruda y procesada Según estudios realizados con anterioridad, al escualeno se le atribuyen

cualidades especiales tales como una acción hipocolesteroleminate, por lo que su uso en

combinación con la administración de tocotrienoles, ha demostrado ser efectivo en el

tratamiento de altos niveles de colesterol, además de tener un efecto preventivo en

tratamiento de cáncer de colon (Newmark, 1997). Se le han atribuido muchos otros

efectos en salud y se utiliza en cosméticos y protectores de la luz. El escualeno se

obtiene del hígado del tiburón que es la fuente más rica que se conoce.

47

De todas las especies vegetales estudiadas, el grano de amaranto es una fuente

importante de escualeno por encontrarse en cantidades superiores en comparación con

otras especies vegetales.

En el presente estudio se investigó el contenido de escualeno del grano de

amaranto de la especie Amaranthus cruentus, en seis variedades distintas y en harinas de

amaranto producidas por medio de diferentes procesos de cocción, como ya fue descrito

antes en este informe.

Para el efecto, se ha extraído el aceite de las harinas de amaranto crudo y

procesado, para posteriormente obtener los compuestos insaponificables tras aplicar un

proceso de saponificación a la muestra. Los compuestos insaponificables, fueron tratados

en una columna de adsorción con óxido de aluminio con el fin de obtener escualeno

altamente purificado.

Finalmente se ha cuantificado estequiométricamente por el método de titulación

con tiosulfato de sodio. El método utilizado para el aislamiento del escualeno, ha sido

tomado de los métodos oficiales de la AOAC (1984) y del método utilizado por He et al.,

2002.

Los resultados de la purificación y cuantificación del escualeno en las harinas de

amaranto se muestran en la Tabla 34. Los valores obtenidos por el método utilizado son

un poco más altos que los valores informados por otros autores, en particular en las

harinas de cocción, nixtamalización, expandida y de malteo. El valor promedio entre

variedades crudas fue de 8.5% con una variación de 7.0 a 9.6 g % de aceite. Los

procesos utilizados indujeron un aumento en el contenido de escualeno. El promedio del

cocido fue de 10.9%, el de cocción alcalina fue de 10.7%, el expandido de 11.9%, el

malteado de 10.2% y el laminado de 7.7%. Llama la atención de este último valor que no

tiene explicación a menos que el laminado se haya hecho en el producto expandido y este

haya podido el germen tejido que contiene el escualeno.

48

Tabla 34 Contenido de escualeno en harinas de amaranto crudo y procesado expresado como

g de escualeno/100 g de aceite

Variedad Crudo Cocción Húmeda

Cocción Alcalina Expandido Malteado Laminado

K-277 9.2 ± 0.00

10.3 ± 0.09 9.4 ± 0.29 12.5 ± 0.57 11.2 ±

0.45 8.1 ± 0.45

D-70-1 9.3 ± 0.27

12.6 ± 0.87

11.1 ± 0.00 10.1 ± 0.18 11.0 ±

0.00 8.0 ± 0.00

A-200-D 8.0 ± 0.08

12.1 ± 0.00 9.0 ± 0.01 10.1 ± 0.33 10.0 ±

0.31 6.0 ± 0.00

Don Armando

9.6 ± 0.21

11.3 ± 0.30

12.0 ± 0.00 12.3 ± 0.00 10.0 ±

0.00 7.0 ± 0.01

Alegría Disciplinada

8.1 ± 0.54

11.0 ± 0.23

12.7 ± 0.00 12.8 ± 0.63 9.0 ± 0.00 7.4 ± 0.00

Montana 7.0 ± 1.05 8.1 ± 0.00 10.0 ±

0.00 10.7 ± 0.30 10.0 ± 0.20 9.5 ± 0.00

Contenido de Acidos Grasos

Los ácidos grasos del aceite de amaranto han sido analizados por cromatografía

de gases (GC) utilizando para ello el método propuesto por la AOAC (1984) para la

preparación e identificación de esteres metílicos (FAMES) de ácidos grasos. Las

muestras fueron analizadas en un sistema cromatográfico HP-5890II/ Chemistation

equipado con ionizador de llama F.D. La columna cromatográfica es una SPD-5 (30m x

0.53 mm rd. x 0.5 micrones). Las condiciones cromatográficas utilizadas fueron

corriente de N (47 psi) con split, acarreador 2psi en cabeza de columna, helio como gas

inerte a 12 psi, aire 35 psi, temperatura del inyector 250oC, temperatura del detector FID

260oC, temperatura del horno 200 oC con una rampa de T de 10 oC/min hasta 250 oC, 17

min volumen de inyección 1.0 μl. Los principales ácidos grasos encontrados son el

palmítico (16:0) 18%, ácido oleico (18:1), linoléico (18:2) 75% y el ácido linolénico

(18:3) 3%. Será necesario en el futuro refinar la condición para una mejor resolución de

los ácidos grasos.

49

VII. Conclusiones

1. Las 6 variedades de grano de amaranto contenían entre 14.7 a 16.9 de proteína y

entre 6.3 a 6.9% de aceite.

2. Los principales ácidos grasos fueron el palmítico (16:0) 18%, ácido oleico (18:1),

linoléico (18:2) 75% y el ácido linolénico (18:3) 3%. El contenido de escualeno

varió de 7.0 a 9.6% del contenido de aceite.

3. Los procesos de cocción y transformación del grano no afectaron su contenido de

proteína ni el contenido de grasa, pero si los índices de absorción de agua y

solubilidad de sólidos en agua.

4. La calidad de la proteína del grano de amaranto fue mejorada en un 15% por la

cocción en húmedo y por microondas. Los procesos de nixtamalización y

expansión no afectaron la calidad de la proteína del amaranto, la cual es un 82%

del valor de caseína.

5. Los procesos aplicados al grano no afectaron el contenido de escualeno como por

ciento del aceite. Los valores entre variedades para la cocción húmeda fue de

10.3 – 12.6%, para la cocción alcalina de 9.0 a 12.7%, para el expandido entre

10.1 a 12.8%, para el malteado de 9.0 a 11.2% y para el laminado de 6.0 a 9.5%.

6. Existe un efecto proteico suplementario de la adición de amaranto a la harina de

trigo, efecto que se pierde en productos alimenticios de los dos ingredientes como

la champurrada obtenida por el proceso horneo.

7. Existe una complementación eficiente entre las proteínas de la avena y las

proteínas del amaranto expandido dando como resultado valores de calidad

proteínica no diferentes a los valores de caseína utilizada como referencia.

8. Así como la harina de amaranto es un buen suplemento proteico a las harinas de

trigo por su alto contenido de lisina, la proteína de la harina de amaranto es un

buen complemento a las harinas de leguminosas de grano como gandul, haba,

piloy por su contribución de aminoácidos azufrados.

50

VIII. Recomendaciones

1. Establecer las condiciones de procesamiento del grano de amaranto para disponer

de una harina integral de usos múltiples y de alta calidad funcional y nutritiva,

utilizándola sola, en harinas compuestas o como ingrediente de alimentos

complementarios con leguminosas de grano.

2. La presencia de niveles relativamente altas de escualeno en el aceite del amaranto

debe considerarse como un incentivo para el procesamiento agroindustrial del

grano, para lo cual se considera necesario conocer mas sobre factores genéticos,

factores agronómicos y factores de procesamiento que afectan su contenido en el

grano y su rendimiento.

51

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