I I I I B D I I I I I ' I 1 I I I'

GUSTAVO JULIO MIRANDA J

Nombre:

Matricula: 89238953.

Jcarrera: INGENIERIA DE LOS ALIMENTOS

Teléfono: 69 1-3 8-43

Trimestre lectivo: 96-0.

Horas a la semana: 20 HORAS ALA SEMANA

L/Tiituio del proyecto: EVALUACION DE LA CALiDAD NUTRiMENTAL DE DOS CONCENTRADOS PROTEICOS DE AMARANTO OBTENIDOS POR SOLUBILIZACION SALINA.

A s e s o r : Dr. JORGE SORIANO SANTOS

Lugar: UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA, IZTAPALAF'A LABOR..\TORIO S-156.

y c E + Fecha de inicio: 19 DE AGOSTO DE 1996.

Fecha de terminacibn: 19 DE FEBRERO DE 1 9 0 /

Clave: IA.019.96

Nombre del proyecto: STRIALIZACION DEL AMARANTO.

Sr. Gustavo Julio Miranda Jefe

1 ) INTRODUCCION

Amaranto, perspectivas.

I I I I B l a I I I I I I I

Por su potencial nutricional y su aporte energético a la dieta humana, el amaranto ha sido causa de estudio desde la década de los 70 (Nacional Research Council, 1984).

Feine (1 979), señaló especificamente a México como lugar de origen del amaranto, cuya semillas eran comestibles desde la época precolombina. Reyna y col. (1988) citaron que en civilizaciones tan desarrolladas como la maya, tolteca, azteca entre otras, el amaranfp junto con el frijol, maíz y chía formaban parte esencial de la dieta de sus pobladores. En ciertos días del calendario religioso, las mujeres trituraban la semilla, las teñían de rojo con sangre y las mezclaban con miel, dándoles formas de figurillas de serpiente, montañas, perros y dioses que se comían en templos durante las ceremonias. A la llegada de los españoles, su cultivo y su uso decayó notablemente debido principalmente a que el consumo de éste, se asociaba a ritos magico-religiosos lo cual creaba conflictos por su similitud con la eucaristía cristiana en plena dominación española. (Soriano Santos y col.,l992).

Si bien en México, existen todavía varios aspectos por resolver sobre los nuevos usos del amaranto, también es cierto que existe la voluntad suficiente para ordenar cada vez más desde su producción en el campo, hasta hacer eficiente y de mejor calidad los alimentos procesados provocando que la dieta de la población se vea mejorada con la ingesta de proteínas, carbohidratos, aceites, vitaminas y sales minerales que proporcionan tanto los derivados del grano, como los de las flores, hojas y tallos.

A nivel de pequeña industria, el grano es procesado a gran escala y se elabora harina utilizada como materia prima en pastelería, confitería, entre otros. Además, Soriano (1991) menciona un nuevo uso en el aprovechamiento de las propiedades emulsificantes y gelificante de los almidones de la semilla.

!

Proteina, calidad v análisis.

El concepto de calidad de una proteina parece a primera vista ser evidente. Sin embargo, en examen minucioso, una definición precisa resulta muy dificil. La capacidad de una proteina no sólo depende de la composición ds aminoácidos y de su digestibilidad, si no de la composición de la dieta como un todo. Entre los factores que podrían ser incluidos, tenemos el origen y niveles de carbohidratos, entrada de lipidos, contenido de minerales y vitaminas, entrada de agua y la cantidad y frecuencia de la ingestión de comida.

El papel de la proteína en la dieta es la de proveer materiales para la síntesis de proteína y otros metabolites como por ejemplo hormonas. Todas las funciones de las proteínas de la dieta son esenciales para el mantenimiento de la salud. El valor nutritivo de una proteína recae primordialmente sobre la capacidad de satisfacer las necesidades de nitrógeno y aminoácidos esenciales.

En 1946, Block and Michel introducen el concepto de imponer la calidad nutricional de una proteína sobre la base de sus aminoácidos constituyentes. El método consiste en calcular la cantidad de aminoácidos esenciales contenidos en una proteína Ó mezcla de proteínas, la cuenta de aminoácidos deberá ser comparada con la cantidad de nitrógeno absorbido y que es retenido, esto es, el valor biológico (VB). La correlación entre la cuenta y la proteína neta utilizada, la cual es una fracción del nitrógeno que entra y que es retenido, esto es, poner un indice exclusivo de digestibilidad, Únicamente será alta la calidad, cuando la digestibilidad sea alta.

La evaluación biológica de una proteína depende de una adecuada comparación con una proteina apropiada de referencia. En el pasado la caseina ha sido usada como el estándar Ó "proteína de referencia".

Por lo tanto, la evaluación de la calidad de una proteína normalmente procede de lo más simple a lo más complejo, la evaluación comienza con un análisis de aminoácidos y nitrógeno, iniciando con una serie de mediciones químicas específicas y finalizando con pruebas biológicas; los resultados son extrapolados de animales experimentales a humanos (Peter and Vernon, 1980).

2

-

I I I I I I I I I I I I I, I I I I I.

2) ANTECEDENTES

Existen tres especies del género Amaranthus (del griego que significa inmortal) que producen vainas grandes repletas de semillas comestibles: A. hypochondriacus y A. cruentus que son cultivadas en México y Guatemala y A. cauúatus que es cultivada en Perú. Se cree que las especies para producción vegetal son originarias de Sudamérica y del Sureste de Asia (Paredes López y col., 1990).

El amaranto es una planta de crecimiento rápido y puede crecer en climas calientes y templados donde el suministro de agua es limitado y es altamente tolerante a condiciones áridas y suelos pobres; en estas condiciones los cereales tienen pocas opciones de desarrollarse. El amaranto también se adapta satisfactoriamente a altitudes tan elevadas como 2,500 m sobre el nivel del mar.(Paredes López y col., 1990).

El amaranto responde bien a la fertilización y a abonos orgánicos; se han reportado promedios de producción de grano de 1.1, 1.3 y 1.5 tonha en California (E.U), Puerto Rico y Suiza respectivamente. Estos niveles se consideran bajos en comparación a los obtenidos en México, donde se han reportado hasta 3 tonha. Las producciones más altas se han obtenido con una densidad de plantación de 320 a 360 plantaslha (Paredes López y col., 1990).

La planta de amaranto es muy frágil durante los primeros dias de emergencia y a estas densidades de plantación el número de ramificaciones en las plantas disminuye grandemente, presentándose sólo una cabeza de semillas lo cual ayuda a la cosecha mecánica. La floración ocurre entre los 43 y 57 dias después de la siembra y la cosecha se realiza entre los IC0 y 129 dias (Paredes López y col., 1990).

Las plantas producen grandes cantidades de semilla (hasta cerca de 20 g de semilldplanta); una vez obtenida la semilla se procede a secarla para reducir la humedad de un 52% a 14-16%; para el almacenamiento, las semillas se puede limpiar por medios neumáticos y guardarse en condiciones secas (Paredes López y col., 1990).

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1 I I I I I I I I I I I I I I I I I I‘

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En el grano de Amaranths cruentus, el 65% de la proteína se encuentra en el germen y en la cubierta de la semilla y el 35% en el perispermo amiláceo (Betschart y col., 1981), otras especies de amaranto probablemente muestren una distribución similar (Saunders y Becker, 1984). Sin embargo, la mayor cantidad de esta proteína se localiza en los cuerpos proteicos que tienen un diámetro de 1.5 a 2 mm en el embrión y en +endospermo, y de menor tamaño en el perispermo (Saunders y Becker, 1984).

De las investigaciones realizadas hasta la fecha se conoce que las semillas del amaranto representan una buena fuente de vitaminas y minerales, además de contener cerca del 12.5-17.6% de proteína cruda en base seca y un alto contenido en fibra cruda (Tabla-I), las proteínas del grano de amaranto contienen alrededor de 5 % de lisina y 4.4% de aminoácidos sulfurados los cuales son los aminoácidos limitantes en otros granos. Además hay varios informes acerca del valor nutritivo excepcional de las proteínas del amaranto, las cuales son similares a la de la caseína de la leche. Así mismo, se ha observado que las semillas tostadas o reventadas tienen mejor digestibilidad que las crudas y, por lo tanto, es conveniente introducir el “reventado o el “tostado” como un paso previo para la elaboración de los productos de amaranto .(Sánchez-Marroquin, 1980).

Los aminogramas obtenidos determinaron que el amaranto es un grano de buena calidad proteica con valores altos de aminoácidos, pero con una aparente deficiencia de leucina, la cual puede complementarse con la adición de otros cereales en la dieta, como el maíz. Para la metionina se han reportado valores bajos debido a que se destruye parcialmente durante hidrólisis ácida; el triptófano se sitúa alrededor del 2.1 %(Speckman y col., 1958; Becker y col., 1981).

A partir de 1940, el uso de los concentrados y aislados proteicos en alimentos se ha incrementado. Actualmente se obtienen de diversas fuentes como levaduras, hongos, leguminosas, oleaginosas, cereales y diversas plantas. Los métodos de concentración y aislamiento proteico a escala industrial se han desarrollado y operado en función de su costo y eficiencia; algunas de las tecnologias de aislamiento proteico utilizan métodos de extracción con disolventes, tratamientos a pH extremos y finalmente el secado del aislado. Este

4

I I I I I I I I I I I I I I I I I I'

producto final se espera sea un polipéptido, con la misma secuencia de aminoácidos que el material original, con la misma calidad nutrimental, no obstante si la apariencia sensorial no es la adecuada puede ser rechazada por el consumidor (Soriano Santos y col., 1989)

La selección del procesamiento y les propiedades de un concentrado o aislado proteico está parcialmente determinado por la fuente de que se trate, es decir, cereal, leguminosa u oleaginosa; por ejemplo las proteínas de reserva de las oleaginosas y leguminosas se extraen generalmente en medios acuosos, mientras que para los cereales es más común el uso de surfactantes y disolventes orgánicos. Sin embargo, uno de los métodos que se pueden emplear para la obtención de conoentrados proteicos a gran escala, es la clasificación por aire (Sánchez-Marroquin y col., 1986), en el que se considera que no se modifica el estado nativo de los carbohidratos y las proteínas de reserva del material por este proceso (Soriano, 1993).

Tradicionalmente las proteínas de La semilla del amaranto han sido aisladas y fraccionadas usando extracción con solventes secuenciales (Soriano y col., 1992). El agua y las soluciones salinas de fuerza iónica baja extraen, la fracción definida como albúmina; las soluciones salinas, las globulinas; el etanol, las prolaminas y los ácidos o álcalis extraen las glutelinas. En consecuencia, las proteínas de diversas fuentes vegetales se han fraccionado por diferentes versiones de este esquema de solubilidad (Soriano Santos y col., 1989).

5

Tab

ANALISIS

I. Compos¡

A. cruentus

5n del rano de diferent

A.edulis A.hypocon driacus

9.55-1 1.6 15.8b-16.5 13.9-17.3

I I I

y-%?- 14.0-17.2 Humedad Proteína crudab

Lípidos totales'

Fibra cruda'

N ad Kd

6.230.71 13.2-17.6

6.3-8.1 6.9-8.1 I 4.8-7.7

3.4-5.3 31 .O 290 175 244 1 7 4 37

3.2-5.8 - 37.0 6.7-10.0 580 -- 36 1 37-1 67

'

---- 292-363 3.1 9.1-21.7

3.6-3.9 ---- 0.6-0.8 -- I .9-2.9 --- 0.29 -- 1.15

2.8 ----

---- I I

Cad Mgd

Fed Znd I -- --- cud

Mnd Ri boflavinad

Niacinad AC.

Ascorbicod

Tiaminad

fitatos(%)

1.2 4.6

0.19-0.23 1 . I 7-1.45

4.5 I I I I I I I I

--- I-

I I-

-- I 0.07-0.1 0.50-0.58 (2.20e)

0.043-0.1 3

O. 54-0.62

Taninos (% 0.22 10.054-0.065 --- o.12 I ,catequina )

ParedesL6pez. (1990). NX5.85 % materia seca mgííüüg materia seca mmol/lOOg.

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. .. I

. .. . . . . . , . . . ~.

3) OBJETIVOS ¡I I

jl 1 Objetivo general

:I Determinación de la calidad nutrimental de diferentes concentrados

'I I

proteicos del grano de amaranto.

Objetivos específicos i l 1

i concentrados proteicos. . a) Determinación de la relación de eficiencia proteica (PER) en dos

. <

11 b) Determinación de la digestibilidad en los concentrados

c) Evaluar el efecto de los diferentes métodos de solubilización empleados en la obtención de los concentrados proteicos sobre la calidad nutrimental del grano de amaranto.

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I P I I I I I I I I I

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4) MATERIAL Y METODOS

Plan de trabajo.

En la Fig.1 se presenta el plan de trabajo para el desarrollo de esta investigación.

4.1) Origen del material

Para este trabajo se utilizó harina de amaranto proteica (28% de proteína cruda), A. hypochondriacus obtenida por el sistema de clasificación neumática (Sánchez-Marroquín, 1986) en las instalaciones de San Miguel de Proyectos Agropecuarios, S.P.R. de R.S. Todos los reactivos utilizados en este trabajo fueron grado reactivo.

4.2) Obtención de los concentrados.

Para la obtenci6n de los concentrados proteicos se utilizaron los siguientes métodos (Soriano-Santos y Córdoba-Salgado, 1995), mismos que se ilustran en la Fig. 2.

4.2.1) Solubilización salina.

Para este rn6todo se utilizaron soluciones de NaCl (1 M) y Na2 SO4 (0.4 M); en cada caso se preparó una suspensión al 4% p/v (harindsolución); las cuales se sometieron a agitación magnética durante 60 min. Posteriormente, se centrifugaron a 5000 rpm durante 20 min (en centrifuga Sorvall 1 I RC-2B), los sobrenadantes se llevaron a pH 4 (con ácido tricloroadtico al 10%) para la precipitaci6n de las proteínas, se procedió a centrifugar nuevamente a 5000 rpm durante 20 min. Se desechó el sobrenadante. Los precipitados, ricos en proteína, se recuperaron, se secaron a 4OoC, el tiempo necesario; los concentrados se pulverizaron y se guardaron a 5 O C hasta su uso (Fig. 2).

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4 3) Análisis químico proximal de los concentrados

INGREDIENTES gl100 g de dieta proteinas' 10

grasa2 5 fibra3 5

, mezcla de minerales5 3.5 mezcla de vitaminas4 1 .

sacarosa' 50

El análisis quimico proximal comprendió las siguientes determinaciones:

Proteína (El factor es de N X 5.85 para la conversión del nitrógeno a proteína).

O Humedad. Cenizas. Carbohidratos. Grasa.

Todos los métodos utilizados son aprobados por la A.O.A.C. (1980).

4.4) Análisis de la calidad nutrimental de los concentrados proteicos de amaranto (C.P.A.).

.

4.4.1 ) Preparación de las dietas experimentales.

Se tomaron en cuenta los resultados químico proximal de los concentrados proteicos y se procedió a preparar las dietas según la siguiente tabla de composición general.

I almidón' (para completar) I 1 O0 I 'almidbn de maíz proporcionada por el concentrado proteico de amaranlo. 'corno aceite de maíz mazola y el concentrado prot&co de amaranto 'propordonado por el concentrado proteico de amaranto y ajustado con celulosa mezcla de vitaminas AIN-76. (AIN, 1977). mezclas de minerales AIN-76.(AIN.1977). azúcar de cana refinada.. almid6n de maíz de marca comercial.

4

5

6

7

9

I I I I I I I I I I I I I I I I I I'

4.4.2) Preparación de la dieta control.

Se preparó según la composición de la tabla 2 con caseína comercial (SIGMA) como fuente de proteína.

4.5) Experimento biológico.

Se utilizaron 12 ratas Winstar machos recién destetados de 23 días de nacidos con peso de 32 a 72 g. Cada una se alojó en cajas transparentes plásticas con tapa de rejilla. Se formaron 3 grupos de cuatro animales, un grupo por cada concentrado y un grupo más para la dieta control. Los animales fueron alimentados diariamente, suministrándoles 20 g de dieta por dia, tuvieron acceso al agua en forma continua, previamente potabilizada con un producto comercial ( hipoclorito de sodio ). Los.pesos de los animales se registraron día con día antes del cambio de ración. Así también se registró el peso del alimento sobrante de la ración anterior y se tomaron muestras de excremento. El experimento se realizó durante un periodo de 15 días.

4.6) Evaluación de la calidad nutrimental de los C.P.A.

4.6.1) Relación de eficiencia proteica.

La relación de eficiencia proteica (PER), es un método biológico utilizado para evaluar la calidad de la proteína. Se define como la ganancia en peso por gramo de proteína ingerida, es decir:

PER=ganancia en peso I proteína consumida.

4.6.2) Prueba de digestibilidad. Esta prueba se realizó según (Varnish and Carpenter.,l975).

a) Elaboración de pan de cromo.

La digestibilidad fue medida al usar sesquióxido crómico (CnO3) como marcador. Este marcador fue adicionado a la dieta en forma de pan de cromo, preparado al mezclar 30 g de Cn03 y 70 g de almidón de maíz y 40 rnL de agua destilada. La masa fue extendida y horneada a 90° C por 2 días. El pan de cromo seco se molió y pasó por un colador de malla 40. En el día 8 el pan de cromo se agregó a las dietas a nivel de 1 % plp; a partir del día 10 (después de un periodo de adaptación de 2 días) se recolectaron las heces hasta el día Último del experimento.

10

.

b) Mezcla digestora

Disolver 2 g de molibdato de sodio en 30 mL de agua destilada. Agregar lentamente 30 mL de HzSOI concentrado con enfriamiento constante en agua de hielo, cuando este completamente frío agregar 40 mL de ácido perclórico al 70 %. Almacenar la solución en una botella ámbar y no utilizarla después de 2 semanas.

c) Solución estándar.

A 15 mg de Cr203 se le adicionaron 15 mL de mezcla digestora y se aforó a 1 O0 mL con ác. sulfúrico 1.1 M, dando una absorbancia de 0.348 a 440 nm.

Procedimiento. . En la Fig. 3 se muestra esquematicamente la metodología empleada para

la determinación de la digestibilidad.

Se pesaron 200 mg de las heces colectadas en el transcurso del experimento, en un papel filtro y se colocaron en un matraz kjeldahl de 100 mL. Se agregó 2 mL de ácido nítrico concentrado al matraz, dejándolo reposar toda la noche, sobre el quemador del digestor apagado, al día siguiente se calentó suavemente ( con el termostato del quemador en posición low) el matraz hasta que la muestra se carbonizó en su totalidad, posteriormente se dejó enfriar y se adicionaron 3 mL de mezcla digestora, calentando con el termostato del quemador en posición 3, hasta que el color de la muestra viró de verde a amarillo. Se continuó hirviendo por 10 min. después del vire, se dejó enfriar. Posteriormente se transfirió a un matraz volumétrico de 25 mL y se aforó con HISO, 1.1 M, se centrifugó a 3000 rpm por 10 min., para precipitar el material sólido; en el sobrenadante se determinó la absorbancia a 440 nm, calibrando previamente el aparato con la muestra estandar.

El porcentaje de digestibilidad se calculo utilizando la siguiente formula :

[(Abs. I0.348) (15*/ loa*) ci (25*/ M')] 100 = % de dgestibilidad.

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, I' . ...

11

I I I I I I

BIOLOGIC0

Fig. 1. Plan dt: trabaio.

B I I I I I I I I I I I I I I I I I I'

i

1

PRECIPITAIOS I--7J

I ... ..

1

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I

i I

I

I I I I I 1 I I

I1 'I 1 I

I' ..

4.7) Tratamiento estadístico.

Con los resultados obtenidos se realizaron analisis de varianza (ANOVA) utilizando el paquete estadistico SAS.

5) LUGAR DE REALIZACION.

Las actividades se desarrollaron en el laboratorio S-156 y en el Bioterio de la Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa.

6) DURACION. c

Las actividades realizadas se efectuaron en un lapso de 6 meses.

7) OBJETIVOS Y METAS ALCANZADOS.

En el presente trabajo se determinó la calidad nutrimental de dos concentrados proteicos obtenidos del grano de amaranto.

Se determinó la Relación de Eficiencia Proteica (PER) en los concentrados proteicos de amaranto.

Se evaluó el efecto de los métodos de solubilizacibn sobre la calidad nutrimental de los dos concentrados proteicos.

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I I I

I I I I I I I I I II I I I I ,I*

~. Na2S04 NaCl

Humedad 6.17 5.10 - Extracto etéreo 4.96 8.17

Proteína 47.03 44.00 Cenizas 31.95 33.21

Carbohidratos 6.59 6.35 ~ Fibra' 3.30 3.17

8) RESULTADOS Y DISCUSIONES.

8.1) Análisis quimico proximal.

Tabla 1 ~ Análisis químico proximal.

r Análisis* (YO) I Concentrado I Concentrado I

Calculados en base hrirneda

8.2) Relación de eficiencia proteica.

En las gráficas 1 a 3 se puede observar la tendencia de los pesos de cada uno de los individuos de estudio (ratas), las cuales muestran para el tratamiento de Na2S04 una variación de peso promedio de -7.9 * 2.87 (Tabla 2) y de -6.67 f 4.4 para Nadl (Tabla 3), estos representan un claro descenso de peso de los individuos de estudio, siendo esto contrastante con el tratamiento de caseína, el cual tuvo una variación de peso de 34.38 f 9.05 (Tabla 4), representando un aumento de aproximadamente del 100% de su peso inicial.

La variación de peso conjuntamente con el consumo de alimento da una Relación de Eficiencia Proteica (Tabla 5), donde se obsewa que el tratamiento testigo (caseína) presenta el valor promedio (pc 0.005) más alto de todas las pruebas experimentales.

Tomando en consideración un porcentaje de 100 para el PER de caseína, los tratamientos de Na2S04 y NaCl corresponderían en un porcentaje de -30.3% y -31% respectivamente. Este valor negativo de PER de las dietas suplementadas con los concentrados de estudio se puede atribuir a las altas concentraciones de cenizas que presentaron(Tab1a I ) . El que los concentrados presentaran alta concentración de cenizas es resultado directo del método empleado en la solubilización de las proteínas (Fig. 2). Se puede suponer que la alta concentración de sales influyo en la observación del efecto neto de las proteínas sobre los individuos de estudio.

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I I 1 I I I I I I I I I I I . I I I I I'

Grafica No. I Tratamiento Na2 SO4

1 1 i 35 j

I , 11 '-m-wratai I I

Grafica No. 2 Tratamiento Na CI

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50

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Grafica No. 3 Tratamiento de Caseína

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 DlñS

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I I I I I I 1 I 1 I B I ,I+ '1 I I I I' I '

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Tabla No. 5 Relación de eficiencia proteica. Tratamiento PER'

NazS04 -0.47 0.33b NaCl -0.48 * 0.23b

Caseína 1.55 f 0.45' 1 Representa la media y desviaci6n estdndar de cuatro replicas.

b Letras iguales Indican que no hay diferencia significativa entre les medias.

8.3) Digestibilidad.

Los resultados de digestibilidad se analizaron estadísticamente; se observó que la dieta testigo presentó el valor promedio m8s bajo (p< 0,05) de todos las dietas en estudio; cabe recordar que una proteína incrementa su digestibilidad cuando este indice tiende a cero, lo que indica una total absorcián de ésta. También se encontró que no existían diferencias entre las medias de las dietas suplementadas con los concentrados proteínicos de amaranto (Tabla 6).

Tratamiento NazS04 3.02 f 0.46'

Caseína 0.15 f 0.0s' 1 Representa la media v desviaci6n estandar de cuatro radicas. a Letras iguales indicanque no hay diferencia significativa entre las medias

14

..

I I I I I I

I I 'I 'I

II :I I

I

/ I I l. .

9) CONCLUSIONES

La calidad nutrimental de los concentrados proteinicos de amaranto, obtenidos bajos estas condiciones de estudio fue menor a la que presento la dieta testigo.

La baja calidad nutrimental que presentaron los concentrados en estudio puede deberse a que los tratamientos salinos utilizados en la obtención de concentrados, aportan altas cantidades de sales a los mismos.

El método de precipitación de las proteínas utilizado podría haber modificado la calidad nutrimental de las proteínas presentes en estos concentrados.

Las proteínas presentes en IQS concentrados de amaranto, mostraron baja digestibilidad, indicando una mala retención en el organismo de los individuos de estudio.

Se recomienda una eliminación previa de las sales en los concentrados, de otra forma no es posible observar el efecto de las proteínas en el organismo.

I I I I I I I d I I 9 I I *I 'I I I I I I' . .

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Dr Jorge Soriano Santos. Jefe del Departamento de Eiotecnología.