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Propiedades Fisicoquímicas y Microestructurales de PelletsElaborados con Maíz de Calidad Proteínica Enriquecidos con

Concentrado Proteínico de Leche por Extrusión

V. Limón-Valenzuela1, J. J. Zazueta-Morales1*, F. Martínez-Bustos2, E. Aguilar-Palazuelos1,I. L. Camacho-Hernandez1, N. Jacobo-Valenzuela1

1Posgrado en Ciencia y Tecnología de Alimentos, Universidad Autónoma de Sinaloa, Apdo.Postal 1354, Culiacán, Sinaloa., C.P. 80000 México. Fax: (667)7136615, 2Centro deInvestigación y de Estudios Avanzados del IPN (CINVESTAV) Unidad Querétaro. LibramientoNorponiente No. 2000 Fracc. Real de Juriquilla. CP 76230. Querétaro, Qro. México.

*Autor de Correspondencia: [email protected]

Escrito para la presentación del Simposium Internacional sobre

Tecnologías Convencionales y Alternativas en el Procesamiento deMaízChihuahua, Chihuahua. México. 3-5 de Agosto de 2011

Resumen. El objetivo del presente trabajo fue estudiar el efecto de la adición de concentrado proteico de leche (CPL) (0-10%) y del contenido de humedad (CH) (20-30%) en la mezcla,sobre diferentes características fisicoquímicas y microestructurales de productos botana 3G elaborados por extrusión, utilizando almidón de maíz, maíz de calidad proteínica y CPL,expandidos por microondas. Para llevar a cabo el trabajo se utilizó un diseño experimental central compuesto, no rotable, de segundo orden y la metodología de superficie de respuesta.Además, se utilizó un extrusor de tornillo simple de laboratorio, manteniendo fija la temperatura.

Con los productos obtenidos se analizaron características fisicoquímicas (Índice de expansión,densidad aparente y textura) y microestructurales (Microscopia Electrónica de Barrido) de los productos obtenidos. Se encontró que el CPL afectó significativamente (p=0.037) el índice de expansión, disminuyendo con el aumento de CPL. Sin embargo, el contenido de humedad no presentó efecto significativo (p=0.35) sobre esta respuesta. La DA presentó un comportamiento similar a IE pero inverso, mostrando una correlación (r=-0.86, p<0.001). La Tx presentó un punto mínimo, en condiciones de 5% de CPL y 25% de CH. Los productos con IE mayores presentaron los menores valores de textura, esto debido a la formación de celdas de aire con paredes delgadas y homogéneas, observándose en las microfotografías obtenidas por microscopia electrónica de barrido. En general podemos concluir que el CPL presentó mayor efecto sobre las diferentes respuestas analizadas que el CH.

Palabras clave: Extrusión, Botanas de tercera generación, Microondas, MCP, CPL.

Memorias del Simposium Internacional sobre Tecnologías Convencionales yAlternativas en el Procesamiento de Maíz

Chihuahua, Chihuahua. México. 3-5 de Agosto de 2011.



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Introducción

El término “botana” se utiliza para denominar a un alimento que generalmente es consumido

acompañando a una bebida, antes de una comida principal (RAE 2006). El consumo de

alimentos tipo botana es una costumbre arraigada en la población y a lo largo de la historia se

han desarrollado numerosos tipos de botanas, siendo actualmente los más populares las papas

fritas y frituras a base de tortilla (Maga 2000). En los últimos años el consumo de botanas se ha

incrementado, generando grandes ganancias a los productores de éstas (INEGI 2005). Los

principales consumidores de alimentos botana incluían principalmente a niños, sin embargo, en

los últimos años se ha dado un cambio en los hábitos de consumo en la mayor parte del

mundo, por lo que actualmente se incluyen, además de niños, a jóvenes y adultos. Aún cuando

se tiene una gran variedad de productos de este tipo, la definición del término no se encuentra

muy clara y es considerada un tanto ambigua. Se puede decir que las botanas, de manera

general, no son consideradas como alimento básico debido a su bajo aporte nutricional, lo que

les ha originado una imagen de “comida chatarra”, es decir, más perjudiciales que apropiadas

en una dieta balanceada.

Actualmente existe un mercado que exige la elaboración de alimentos tipo botana bajos en

grasa. Este tipo de productos pueden ser producidos utilizando la tecnología de extrusión. El

proceso de cocimiento por extrusión presenta amplias ventajas técnicas, de costos, calidad y

versatilidad sobre otros procesos usados en la industria de alimentos. Por lo anterior, el

proceso de extrusión ha adquirido una gran demanda en el procesamiento de alimentos,principalmente en la elaboración de cereales para desayuno, comidas instantáneas, alimentos

infantiles, pastas alimenticias, alimentación animal y alimentos botana de diversos tipos. Uno

de los productos elaborados a partir de extrusión, que recientemente ha incrementado su

preferencia, tanto por los consumidores como por los productores, son los alimentos botanas

de tercera generación, conocidos también como productos intermediarios, “pellets”,

comprimidos, frituras o “viejas”; ello debido a que son relativamente baratos y fáciles de

preparar en el hogar. Estos productos en forma de pellets también presentan una gran

estabilidad al almacenamiento y una alta densidad aparente facilitando con ello su manejo.

Materiales y métodos.

Se utilizaron Maíz de Calidad Proteínica, MCP (INIFAP, Celaya, Gto), almidón de maíz (AM)

(IMSA S.A. de C.V., Guadalajara, Jal., México) y Concentrado Proteínico de Leche, CPL (Food

Specialities de México S. A. de CV).



169

Proceso de extrusión

La mezcla formada por Maíz de Calidad Proteica (MCP) (20%) y AM (80%), fue adicionada de

CPL (0, 2.5, 5, 7.5 y 10%), ajustado el CH (20, 22.5, 25, 27.5 y 30%) y procesada por extrusión

de tornillo simple y matriz de salida de 1 mm x 20 mm. El perfil de temperatura utilizado fue de

75, 140 y 83°C y el flujo de alimentación (40 g/min) se mantuvo constante.Índice de expansión

El índice de expansión (IE) se determinó de acuerdo al método de desplazamiento de semilla

reportado por Penfield y Campbell (1990) y Boischot, Moraru, y Kokini (2003). Se pesaron 5

pellets (sin expandir y expandidos) y posteriormente se colocaron en un recipiente de volumen

conocido (lata, previamente tarado), se vertió la semilla de mijo en ella hasta que se desbordó

del recipiente, se enrasó el nivel de la semilla en el recipiente pasando una regla a través de la

tapa de la lata, siempre de la misma manera. Después se pesó el recipiente con la muestra y la

semilla, encontrando el peso de la semilla de mijo por diferencia, para posteriormente encontrar el volumen de la semilla con relación del volumen especifico de ésta. A continuación se

determinó el volumen de la muestra restando el volumen de la semilla que estaba alrededor del

producto del volumen del recipiente vacío. El cálculo del grado de expansión se realizó

restando el volumen inicial de los pellets al volumen final y dividiendo éste entre el volumen

inicial. Se realizaron 10 determinaciones por tratamiento.

Densidad aparente

La densidad aparente (DA) fue determinada en el producto extrudido y expandido por microondas, los cuales fueron previamente deshidratados (50°C, ≈ 18 h), hasta alcanzar un

contenido de humedad entre 9-13% (b.s.). Se usó el método de desplazamiento de volumen

utilizando semilla de mijo. El cálculo de la densidad aparente del producto se encontró

dividiendo el volumen determinado entre su peso. Los resultados fueron el promedio de 10

mediciones y se reportaron en kg/m3.

Textura (Tx)

Se determinó en piezas extrudidas y expandidas por microondas utilizando un texturómetro

universal Texture Analyzer TA-XT2 (Texture Technologies Corp., Scarsdale, NY), de acuerdo

con los métodos reportados por Martínez-Bustos, Chang, Bannwart, Rodríguez, Guedes, y

Gaiotti (1998) y Zazueta-Morales, Martínez-Bustos, Jacobo-Valenzuela, Ordorica-Falomir, y

Paredes-López (2001) en modo de compresión, por punción, para determinar la fuerza

requerida para penetrar el producto extrudido y registrar el área bajo la curva de deformación

(N·m). Se usó una aguja cilíndrica de 2 mm de diámetro y de punta plana, corrido a una



170

velocidad de descenso de 2 mm·s-1 y una distancia de penetración de 3 mm. Las muestras

fueron colocadas sobre una plataforma de 1 cm de espesor, evitando que éstas se movieran

durante la punción. Se graficó el comportamiento de la aplicación de la fuerza y se

determinaron las áreas bajo las curvas de fuerza-deformación mediante el uso de un programa

computacional específico del equipo (Texture Analyzer Software). Los datos fueron el promediode 15 Mediciones y se reportaron en Newtons por metro (N.m).

Microscopía electrónica de barrido

Los análisis de microscopía electrónica de barrido (MEB) se realizaron en las materias primas,

el material sin procesar y en muestras de las mejores condiciones tanto el pellet extrudido

como las muestras extrudidas y expandidas por microondas, de acuerdo al procedimiento

descrito por Zazueta-Morales (2003). Se utilizó un Microscopio Electrónico de Barrido

Ambiental (Phillips), empleando un detector de electrones secundarios y bombardeo deelectrones a 15 KV, colocando las muestras en alto vacío. Las muestras molidas (< malla 60)

fueron montadas sobre un porta muestra de aluminio de 12 mm de diámetro, tipo PIN,

previamente preparado con cinta conductiva de carbón de doble cara y adhesivo de plata

coloidal. Se observaron las morfologías y tamaño partícula de las diferentes materias primas,

así como de los productos extrudidos de las mejores condiciones de procesamiento

Diseño experimental

Se utilizó la metodología de superficie de respuesta (MSR), para obtener condiciones óptimasde proceso, en los intervalos de concentrado proteínico de leche y contenido de humedad de

extrusión, que proporcionen un producto de alta calidad y buena expansión. Los niveles (cinco)

de las variables independientes se determinaron con base a la información bibliográfica y en

ensayos preliminares. El número de tratamientos se estableció de acuerdo a un diseño central

compuesto, no rotable de segundo orden con dos variables y un α de 2.0 (Tabla 1). Los datos

experimentales fueron analizados usando el paquete estadístico software Desing-Expert (Stat-

Ease 2003) versión 6.0.10.



171

Tabla 1. Diseño experimental del estudio de extrusión para dos factores.

TratamientoVARIABLES INDEPENDIENTES

CODIFICADAS DECODIFICADASX1 X2 CPL Humedad (%)

1 -1 -1 2.5 22.5

2 1 -1 7.5 22.53 -1 1 2.5 27.5

4 1 1 7.5 27.5

5 -2 0 0 25

6 2 0 10 25

7 0 -2 5 20

8 0 2 5 30

9 0 0 5 25

10 0 0 5 25

11 0 0 5 2512 0 0 5 25

13 0 0 5 25

Resultados y Discusión

En el Tabla 2 se muestra el análisis de varianza para el índice de expansión (IE), densidad

aparente (DA) y textura (Tx), se puede ver que los parámetros evaluados mostraron un modelo

de regresión (MSR) significativo, con valores de R2ajustada ≥ 0.62, coeficientes de variación

(CV) entre 5.69% y 12.32%, p de F del modelo <0.029, aunque la DA y la Tx presentaron falta

de ajuste

El análisis estadístico se muestra en el Tabla 3, se puede ver que el CPL, en su término puro

(lineal), fue significativo en IE y DA, mientras que el CH solo lo hizo para Tx. En general, el CH

tuvo menor efecto sobre estas respuestas. El análisis de correlaciones de Pearson de DA con

el IE y la Tx mostró una r -0.86 (p0.001) y r 0.59 (p0.033), respectivamente. Los valores

experimentales de IE (2.76-5.01) y de DA (118-178 Kg/m3)



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Tabla 2. Análisis de varianza para las respuestas de índice de expansión, densidad aparente ytextura de productos extrudidos expandidos por microondas.

Respuesta R2

Ajustada

CV

(%)

Valor

F

p de F

(modelo)

Falta de

ajuste

IE 0.62 12.32 5.00 0.029 0.274

DA 0.64 7.96 5.39 0.0237 0.001

Tx 0.66 5.69 5.8 0.019 0.024

CV = Coeficiente de variación, IE = Índice de expansión, Tx = Textura (N m), DA = Densidadaparente (Kg/m3).

Tabla 3. Coeficientes de regresión del modelo (variables codificadas) cuadrático y el nivel designificancia para las variables de respuestas del experimento de productos extrudidosexpandidos por microondas.

Respuesta

Coeficientes

Intercepto Lineales Cuadráticos Interacción

b0 b1 b2 b11 b22 b12

IE -4.608 -1.467

(0.037)*

+1.117

(0.349)

-0.060

(0.009)

-0.031

(0.010)

+0.077

(0.097)

DA +164.12 +45.57

(0.009)

-12.736

(0.757)

+1.00

(0.025)

+0.452

(0.243)

-2.051

(0.046)

Tx +0.013 -2.326E-04

(0.881)

-7.298E-04

(0.881)

+3.943E-05

(0.001)

+1.493E-05

(0.047)

-4.00E-06

(0.796)

En los coeficientes “b” el subíndice 1 = corresponde al CPL y el 2 = humedad. * = Valor p

En la Figura 1A se muestran los valores del IE de las botanas 3G y expandidas por

microondas, como efecto de los factores en estudio, se puede observar el comportamiento

gráfico obtenido por el modelo; y observar el efecto de los factores, pudiéndose apreciar que el

mayor efecto correspondió al CPL, afectando en gran medida los resultados, que variaron de5.05 a 2.76; aunque el CH también impactó considerablemente esta variable de respuesta. Los

cambios más considerables se presentaron con bajos contenidos de humedad (22.5%), donde

se obtuvieron productos con mayor expansión. En la figura 1B, se puede ver el comportamiento

gráfico del efecto del CPL y el CH, se puede apreciar que a menor porcentaje de CPL y de CH

la densidad aparente disminuyó de 178 a 118 kg/m3, en el intervalo estudiado. Respecto a la



173

Tx, en la Figura 1C se muestra el comportamiento gráfico de la interacción del CPL con el CH.

En dicha figura se puede apreciar que los valores de Tx disminuyeron hacia el centro del

diseño, encontrando un punto mínimo en condiciones intermedias tanto para el CPL como para

el contenido de humedad, variando de 0.037 N.m a 0.029 N.m, fuera de ese punto, en cualquier

dirección, el valor de Tx tiende a aumentar.

Figura 1. Efecto del concentrado proteínico de leche y contenido de humedad sobre el índice de expansión (IE, A), la densidad aparente (DA, B) y la textura (Tx, C) de productos extrudidos expandidos por microondas.

La Figura 2 muestra una microfotografía ampliada de un corte del producto expandido por

microondas, obtenido con 4% de CPL y 23% de CH, se puede observar la estructura porosa del

material expandido, con celdas (glóbulos o burbujas) de gas (aire) de tamaño uniforme,

TEXTURA (N m)

CPL (%)

H U M E D A D ( % )

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0

20.0

22.5

25.0

27.5

30.0

0.00305

0.00310

0.00321

0.00326

0.00357

0.00357

0.00315

TEXTURA (N m)

CPL (%)

H U M E D A D ( % )

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0

20.0

22.5

25.0

27.5

30.0

0.00305

0.00310

0.00321

0.00326

0.00357

0.00357

0.00315

DENSIDAD APARENTE (kg/m3)

CPL (%)

H U M E D A D ( % )

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0

20.0

22.5

25.0

27.5

30.0

160

140130

127

127

160

140

120

110

130

180

DENSIDAD APARENTE (kg/m3)

CPL (%)

H U M E D A D ( % )

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0

20.0

22.5

25.0

27.5

30.0

160

140130

127

127

160

140

120

110

130

180

B

C

ÍNDICE DE EXPANSIÓN

CPL (%)

H

U M E D A D ( % )

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0

20.0

22.5

25.0

27.5

30.0

2.50

3.50

4.00

4.50

2.50

3.50

4.75

5.00

ÍNDICE DE EXPANSIÓN

CPL (%)

H

U M E D A D ( % )

0.0 2.5 5.0 7.5 10.0

20.0

22.5

25.0

27.5

30.0

2.50

3.50

4.00

4.50

2.50

3.50

4.75

5.00

A



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distribuidas en toda el área de observación, con paredes muy delgadas, acompañadas de un

pequeño número de celdas de mayor tamaño. Esta estructura es muy similar a la reportada por

Lee, Lim, Lim y Lim (2000), con celdas de aire de tamaño uniforme, para productos de tercera

generación expandidos por microondas

Figura 2 . Microfotografía electrónica de barrido del producto expandido obtenido en condiciones intermedias.

Conclusiones

El CPL presentó mayor efecto sobre las respuestas que el CH. El IE de los productos obtenidosfue similar (p=0.05) a los comerciales, y se vio afectado por el incremento en el CPL y el CH,

presentando un eventual mejor valor nutrimental, por los ingredientes usados.

Reconocimientos

A la Universidad Autónoma de Sinaloa y al CINVESTAV Unidad Querétaro, por todas las

facilidades y el apoyo económico brindados para la elaboración del presente trabajo. Al Dr.

Ricardo Ernesto Preciado Ortiz, investigador CIAB-INIFAP, Celaya, por la donación del maíz de

calidad proteínica usado en el presente trabajo.

Bibliografía

Boischot, C., Moraru, C. I., Kokini, J. L. 2003. Factors that influence the microwave expansion of glassy amylopectin extrudates. Cereal Chemistry . 80: 56-61.

Lee, E. Y., Lim, K. I. I., Lim J. K., Lim, S. T. 2000. Effects of gelatinization and moisture contentof extruded starch pellets on morphology and physical properties of microwave-expanded products. Cereal Chemistry . 77(6):769-773



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[INEGI] Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática. 2005. Banco de InformaciónEconómica. Disponible en: http://www.inegi.gob.mx/inegi/default. asp. Acceso 01 deabril de 2005.

Maga, J. A. 2000. Cereal-based snack foods . En: Kulp K and Ponte JG, (eds). Handbook of cereal science and technology. 2nd Ed. (pp. 667-683) New York: Marcel Dekker.

Martínez-Bustos, F., Chang, Y. K., Bannwart, A. C., Rodríguez, M. E., Guedes, P. A., Gaiotti, E.R. 1998. Effects of calcium hydroxide and processing conditions on corn mealextrudates. Cereal Chemistry . 75(6): 796-801.

Penfield, M. P., Campbell, A. M. 1990. Experimental Food Science , 3rd Edition Academic PressInc. California, USA.

[RAE] Real Academia Española. 2006. Diccionario de la lengua española. online:http://www.rae.es/. Acceso 07 de abril de 2006.

Stat-Ease. 2003. Desing-expert versión 6.0.10. Stat-Ease, Inc. 2021 East Hennepin venue,Suite 480, Minneapolis, MN 55413, USA.

Zazueta-Morales, J. J, Martínez-Bustos, F., Jacobo-Valenzuela, N., Ordorica-Falomir, C.,Paredes-López, O. 2001. Effect of the adition of calcium hydroxide on characteristics of

extruded products from blue maize (Zea maiz L.) using response surface methodology.Journal of the Science of Food and Agriculture. 81: 1379-1386.

Zazueta-Morales, J. J. 2003. Extrusión de maíz (Zea mays L.) azul: efecto del hidróxido decalcio sobre las propiedades fisicoquímicas y funcionales. [Tesis de doctorado] Santiagode Querétaro, Qro.: Universidad Autónoma de Querétaro 169p. Disponible en:Programa de postgrado en alimentos del centro de la republica. Santiago de Qro.Querétaro.

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