extrusion de quinua

Ingeniera IndustrialISSN: [email protected] de LimaPer

Repo-Carrasco, Ritva; Julio Pilco, Juan; Encina Zelada, Christian ReneDesarrollo y elaboracin de un snack extruido a partir de quinua (Chenopodium quinoa Willd.) y maz

(Zea mays L.)Ingeniera Industrial, nm. 29, 2011, pp. 209-224

Universidad de LimaLima, Per

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Desarrollo y elaboracin de un snack extruido a partir de quinua (Chenopodium

quinoa Willd.) y maz (Zea mays L.)

Ritva Repo-Carrasco*, Juan Julio Pilco y Christian Rene Encina Zelada

Universidad Nacional Agraria La Molina

Ingeniera Industrial n 29, 2011, ISSN 1025-9929, pp. 209-224

Recibido: 1 de junio del 2011 / Aprobado: 10 de junio del 2011

RESUMEN: El principal objetivo del presente trabajo de investigacin fue desarrollar un producto de snack nutritivo utilizando la quinua y el maz. Las tres variedades de quinua utilizadas presentaron un alto contenido de protenas y fi bra dietaria, as como compuestos fenlicos y capacidad antioxidante. La mejor variedad para el proceso de extrusin fue la chullpi y la mezcla ptima fue 70% de quinua y 30% de maz. Este producto ofrece una alternativa nutritiva a los snacks tradicionales.

Palabras claves: extrusin / quinua / snacks / cubierta dulce / maz /valor nutricional / Per

Development of an extruded snack using quinoa (chenopodium quinoa willd) and corn (zea mayz l)

ABSTRACT: The objective of this study was to develop a nutritious snack using a mixture of quinoa and corn. All the three varieties had high pro-tein and dietary fi ber content and were rich in polyphenolic compounds and antioxidants. The best variety for extrusion was Chullpi and the most suitable mixture was 70% quinoa, Chullpi variety, and 30% corn. The com-mon snacks preferred by children and teenagers are rich in calories and have few nutrients, thus this product offers an excellent nutritive alterna-tive to traditional snacks.

Keywords: extrusion / quinoa / snacks / sweet coverage / corn / nutritional value / Per

* Autor responsabzle.


Ingeniera Industrial n.o 29, 2011210

Ritva Repo-Carrasco, Juan Julio Pilco y Christian Rene Encina Zelada

1. INTRODUCCIN

Como tecnologa de punta revolucionaria en la industria alimentaria, la extrusin ofrece ventajas econmicas, nutricionales y productivas muy tentadoras cuando se requiere brindar alimentos nutritivos, de conveniencia y a su vez dar rentabilidad y ganancias sustanciales (Ra-mos 2002). La coccin-extrusin con equipos de bajo costo es un tipo de procesamiento de operacin que sumado a su mnima complejidad resulta viable para ser transferido a zonas altoandinas para su aplica-cin en la preparacin de mezclas alimenticias. La extrusin no es un proceso sencillo.

La elaboracin de productos expandidos mediante el empleo de ex-trusores presenta grandes ventajas, puesto que no utiliza grasa duran-te la coccin, el producto snack mantiene las propiedades qumicas de la materia prima, emplea menor cantidad de materia prima que otros procesos alternativos y sobre todo es un mtodo rpido. Sin embargo, el proceso de extrusin eleva la temperatura, por lo cual puede degradar los componentes. Por otro lado, el producto fi nal es de buena calidad y de bajo costo (Sandoval 1993).

Esta alternativa tecnolgica nos ofrece la oportunidad de aprove-char de la mejor manera la produccin de cereales en las zonas altoan-dinas de nuestro pas; de esta forma se podr proporcionar un producto con alto valor nutritivo que contribuya a resolver el problema de des-nutricin en nuestro pas, adems de brindar una alternativa comer-cial para el mercado de golosinas.

La quinua (Chenopodium quinoa Willd) es un grano alimenticio que se cultiva ampliamente en la regin andina, desde Colombia hasta el norte de la Argentina, por las condiciones que ofrecen las montaas de altura, pero tambin existe un ecotipo que se produce en Chile a nivel del mar. En la actualidad en el Per es donde ms se cultiva la quinua y donde se ha seleccionado una serie de variedades (Tapia 1997).

El grano de quinua posee cualidades nutritivas bastante destaca-bles, que radican principalmente en la calidad de su protena, tanto en el cmputo aminoacdico como en el valor biolgico que esta presenta. Su fraccin lipdica es tambin importante, debido a la presencia de varios cidos grasos esenciales (Repo-Carrasco 1998).

La presente investigacin tuvo los siguientes objetivos: determinar la composicin qumica proximal de tres variedades de quinua cruda,


Ingeniera Industrial n.o 29, 2011 211

Desarrollo y elaboracin de un snack extruido a partir de quinua y maz

determinar la proporcin quinua/maz que presente el ndice ms alto de expansin y el mayor grado de gelatinizacin en el proceso de coc-cin-extrusin, y obtener un producto tipo snack con cobertura dulce, a partir de la quinua (Chenopodiun quinoa Willd) y el maz (Zea mays L.) mediante el proceso de coccin-extrusin y la caracterizacin fsico-qumica del producto terminado.

2. MATERIALES Y MTODOS

2.1 Materiales

Los materiales empleados fueron: tres variedades de quinua (Cheno-podiun quinoa Willd), procedentes del departamento de Puno; maz amilceo, proveniente del Cusco; azcar blanca refi nada, azcar im-palpable y limn sutil.

2.2 Equipo

El equipo estuvo compuesto por los siguientes implementos: molino de martillo Vulcano, tamiz vibratorio RO-TAP JEL, tamices N 10, 16, 18 y 20 de la US Standar ASTM, W.S. Tyler, extrusor de bajo costo, grageadora, estufas Lmpkaappi 10 serie 30051 y Jermaks serie T8 4115.

2.3 Metodologa experimental

En lo que se refi ere a la metodologa experimental, se siguieron los pasos que a continuacin ennumeramos: Obtencin de granos de quinua desaponifi cados.- Se realiz una

limpieza manual con el fi n de eliminar piedrecillas, paja y granos deteriorados. Se efectuaron lavados consecutivos con agua a 50C, con agitacin constante hasta que dej de formar espuma. Se sec en una estufa a 45C por 12 horas y se acondicion hasta alcanzar el 11% de humedad.

Obtencin de gritz de maz.- Se hizo una limpieza manual con la fi nalidad de eliminar piedrecillas, pajas y granos daados o pica-dos. La molienda se realiz en un molino de martillos; el producto




obtenido fue tamizado con malla N 16 de la U.S. Standar ASTM y acondicionado hasta alcanzar el 11% de humedad.

Proceso de extrusin.- Se realiz con el fi n de cocer, formar, texturi-zar y deshidratar las diferentes formulaciones. Se utiliz un extru-sor de bajo costo, todas las formulaciones fueron extruidas a 160C, velocidad de tornillo igual a 254.5 rpm y dos orifi cios de salida de 3/16 pulgadas.

Determinacin de la mezcla ptima.- Se hicieron cinco mezclas entre los granos de quinua de la variedad choclito de Ayaviri y los gritz de maz (proporciones de 1:1 hasta 9:1, respectivamente), cada una de ellas fue humectada a tres niveles de humedad (12, 14 y 16%). Los productos extruidos obtenidos de cada tratamiento fueron evalua-dos en sus caractersticas funcionales, siendo el ndice de expansin y el grado de gelatinizacin los que determinaron la mejor mezcla. Posteriormente, se realizaron mezclas con cada una de las varie-dades de quinua para evaluar la infl uencia de la variedad sobre el producto extruido, tomando en cuenta la formulacin determinada anteriormente. Los productos obtenidos fueron evaluados en sus ca-ractersticas funcionales, siendo el ndice de expansin y el grado de gelatinizacin las que determinaron la mejor variedad.

Elaboracin de la cobertura dulce.- Se elabor un almbar de 70Brix, mezclando agua de mesa y azcar blanca refi nada hasta alcanzar los 100C, luego se agreg zumo de limn (5ml/100ml de almbar).

Obtencin del snack con cobertura dulce.- Una vez determinada la mezcla ptima se procedi a elaborar los snacks recubriendo el pro-ducto con una solucin azucarada de 70Brix, saborizada con zumo de limn (5 ml/100 ml de almbar) a 100C y posteriormente se dej secar a 60C por 24 horas.

2.4 Mtodos de anlisis

A continuacin se describen los mtodos de anlisis empleados: Anlisis de la composicin prxima.- Agua, protena (N x 6.25),

grasa, fi bra cruda y cenizas fueron determinadas de acuerdo con la AOAC (1995). El contenido de carbohidratos (CHO) fue calculado por diferencia mediante la siguiente relacin: CHO = 100 - (agua + protena + grasa + fi bra cruda + ceniza).




Determinacin de la capacidad antioxidante y compuestos fenlicos.- Capacidad antioxidante por el mtodo ABTS (Arnao 2001: 419-421); polifenoles totales (Swain y Hillis 1959: 63-68).

Caractersticas funcionales del extruido.- ndice de solubilidad en agua (ISA), ndice de absorcin de agua (IAA) y grado de gelatini-zacin (Casas 1996); densidad (Muller 1978) e ndice de expansin (Casas 1996).

Evaluacin sensoria.- Prueba de nivel de agrado de nueve puntos (Hedonic Test) (Pedrero y Marie 1996); prueba de aceptacin (Pe-drero y Marie 1996).

Anlisis estadstico.- Los anlisis se trabajaron por triplicado, indi-cando el promedio desviacin estndar. Para la determinacin del efecto de la variedad de quinua sobre las determinaciones, se hizo un arreglo factorial evaluado con un diseo completamente al azar (DCA) para los diferentes anlisis realizados, aplicando un anlisis de varianza (Anova), y cuando hubo diferencias signifi cativas (con un nivel de signifi cancia del 95%), se procedi a efectuar un test de com-paracin mltiple aplicando la prueba de Tukey (p



Cuadro 1Composicin proximal de tres variedades de quinua cruda y del maz amilceo

(b.s.)

ComponenteVariedad

Choclito de Ayaviri Chullpi Pasankalla Maz

Humedad*Protenas aGrasaCenizasFibra crudaCarbohidratos b

8,93 0,0812,88 0,196,78 0,153,19 0,112,45 0,28

74,70

9,99 0,1113,29 0,117,52 0,762,65 0,102,32 0,06

74,22

9,74 0,0714,09 0,117,05 0,163,25 0,202,86 0,05

72,75

10,84 0,085,68 0,012,21 0,001,93 0,01

0,039 0,0090,14

* b.h.;a %N x 6.25;b por diferencia. Elaboracin propia.

Figura 1Variedades de quinua empleadas en la investigacin

Choclito de Ayaviri Pasankalla Chullpi

Elaboracin propia.

La variacin de los componentes de la quinua puede deberse a va-rios factores, como variedad, clima, suelo, etctera; por ello, la compo-sicin proximal de cada variedad difi ere una de otra.

Por otro lado, el maz presenta un elevado contenido de carbohidra-tos. Collazos et al. (1996) encontraron un contenido de 74,30% para la variedad amilcea (INIA 607 - Checche andenes), mientras que en la investigacin se determin un contenido de 80,38% b.h. y 90,14% b.s., superior al que aparece en la bibliografa citada.




3.2 Determinacin de la capacidad antioxidante y compuestos fenlicos de las materias primas

Se determin el contenido de compuestos fenlicos o polifenoles totales en las tres variedades de quinua usadas en la investigacin (cuadro 2). La variedad Pasankalla present el mayor contenido de compuestos fenlicos totales. De acuerdo con la prueba de comparacin de Tukey (p < 0,05), las tres variedades muestran diferencias estadsticamente signifi cativas entre s.

Bressani (1993: 123-143) menciona que el contenido de compuestos fenlicos vara de acuerdo con la coloracin de la cscara; encontrando en sus anlisis frijoles marrones, negros, rojos y blancos, valores de 7,8; 6,6; 12,6 y 2,3 mg/g de equivalentes de catequina, respectivamente; por lo que las diferencias del contenido de polifenoles totales en cada variedad de quinua analizada tambin estn relacionadas con su color. Esto se ve refl ejado en la fi gura 1, donde la variedad Chullpi presenta el menor contenido de polifenoles totales (69,71 mg cido glico/100 g b.h.), considerando que esta variedad posee granos de color amarillen-to translcido, mientras que la variedad Choclito de Ayaviri present un contenido superior (75,67 mg cido glico/100 g b.h.) siendo una variedad con granos de color blanco, el mayor valor obtenido fue por la variedad Pasankalla (76,79 mg cido glico/100 g b.h.), que presenta granos de color rojizo, ms oscuro que las anteriores.

Cuadro 2Contenido de polifenoles totales y capacidad antioxidante de tres variedades de

quinua cruda

VariedadCPT

(mg cido clorognico/100 g b.h.)

CPT(mg cido glico

/100 g b.h.)

CA(ug Trolox/g)

Choclito de Ayaviri 187,86 0,88 75,67 0,30 2133,38 7,43

Chullpi 170,60 0,67 69,71 0,23 1835,11 9,73

Pasankalla 191,08 0,25 76,79 0,09 2624,54 10,12

CPT: Contenido de polifenoles totalesCA: Capacidad antioxidanteElaboracin propia




Awika et al. (2003: 6657-6662) mencionan que el ABTS constituye una mejor opcin frente al DPPH cuando se trata de analizar la ca-pacidad antioxidante, puesto que es un mtodo de alta fl exibilidad y puede ser usado a diferentes niveles de pH, en contraposicin al DPPH, que es sensible a pH cidos, siendo poco til su aplicacin cuando se desea evaluar el efecto del pH en la actividad antioxidante de varios compuestos.

De acuerdo con la prueba de comparacin de Tukey (p < 0,05) las tres variedades muestran diferencias estadsticamente signifi cativas entre s, siendo la variedad Pasankalla la que present la mayor capa-cidad antioxidante (2624,54 g Trolox/g), seguido de la variedad Cho-clito de Ayaviri (2133,38 g Trolox/g) y fi nalmente la variedad Chullpi (1835,11 g Trolox/g).

Los antioxidantes son compuestos que inhiben o retrasan la oxida-cin de otras molculas mediante la inhibicin de la propagacin de la reaccin de oxidacin. Los compuestos fenlicos son antioxidantes naturales, por lo que la capacidad antioxidante est directamente re-lacionada con el contenido de polifenoles totales. En este estudio se encontr una correlacin positiva entre polifenoles totales y capacidad antioxidante en las tres variedades de quinua estudiadas.

3.3 Determinacin de la mezcla ptima y del producto final

Los resultados de la evaluacin de los productos obtenidos al aplicar los distintos tratamientos se presentan en el cuadro 3.

Se eligi como mejor tratamiento el N 8, con un Proporcin quinua:maz de 70:30 y Humedad de alimentacin de 14%. Este tra-tamiento present el mayor ISA (0,44), el segundo mayor IAA (6,90), la menor densidad (0,07 g/ml), el mayor ndice de expansin (2,49) y el mayor grado de gelatinizacin (68,22%), siendo estas dos ltimas variables de respuesta las que determinaron la eleccin debido a que el ndice de expansin controla la relacin existente entre la densidad global y la textura del producto extruido (Guy 2002), caractersticas muy importantes desde el punto de vista comercial y sensorial, respec-tivamente.




Aguirre (2003) us el ndice de expansin como un requisito para determinar los parmetros de extrusin ptimos para la quinua, siendo considerados los valores mayores a 2,40 como aceptables; en la pre-sente investigacin se obtuvo un ndice de expansin mximo de 2,49. Asimismo, el grado de gelatinizacin del almidn es muy importante, ya que realza la apariencia, el sabor, la textura y la digestibilidad de los alimentos (Manrique et al. 2007: 627-635).

Cuadro 3Resultados del anlisis de los extruidos de cada uno de los 15 tratamientos

N Trat. Quinua(%)Maz (%)

H(%) Maquinabilidad ISA IAA

Densidad(g/ml)

ndice de expansin

Grado degelatinizacin

(%)

1 50 50 12 9 0,27 6,83 0,10 1,33 58,362 50 50 14 9 0,16 7,84 0,15 1,72 53,023 50 50 16 8 - - - - -4 60 40 12 8 - - - - -5 60 40 14 9 0,26 6,86 0,09 1,92 57,686 60 40 16 9 0,22 6,78 0,14 1,97 54,767 70 30 12 8 - - - - -8* 70 30 14 9 0,44 6,90 0,07 2,49 68,229 70 30 16 9 0,34 6,35 0,11 2,16 59,0410 80 20 12 8 - - - - -11 80 20 14 9 0,41 6,65 0,09 2,22 64,5012 80 20 16 9 0,25 6,17 0,21 1,86 58,6513 90 10 12 8 - - - - -14 90 10 14 9 0,36 6,88 0,15 1,78 59,9815 90 10 16 8 - - - - -

%H: Porcentaje de humedad9 Arrastre de materia prima adecuada8 Arrastre de materia prima inadecuada

ISA: ndice de solubilidad en aguaIAA: ndice de absorcin de agua*: Mejor tratamiento

Elaboracin propia.




Adems, al maximizar estadsticamente los valores de estas dos variables se determin que los valores mximos se obtenan, en pro-medio, con 71,98% de quinua en la mezcla y 13,43% de humedad de alimentacin, por lo que el tratamiento que presentaba las variables operativas ms cercanas y las variables de respuesta ms altas (fi gu-ras 2 y 3) fue el elegido.

24

22

2

1.8

1.6 50.0 90.0 12.0 16.0 Proporcin quinua maz Humedad

ndi

ce d

e ex

pans

in

50.0 90.0 12.0 16.0 Proporcin quinua maz Humedad

Gra

do d

e ge

latin

izac

in

65

63

61

59

57

55

53

Figura 2 Grfi ca de efectos principales para el ndice de expansin

Figura 3 Grfi ca de efectos principales para el grado de gelatinizacin

Elaboracin propia.

Elaboracin propia.




Una vez determinada la mezcla y el porcentaje de humedad ptimo, se procedi a evaluar la infl uencia de la variedad sobre el producto. Los resultados obtenidos en la investigacin (cuadro 4) y su anlisis estadstico indican que la variedad de quinua es un factor que tiene un efecto estadsticamente signifi cativo en las caractersticas del producto extruido, lo cual se refl eja en las diferencias signifi cativas que presen-taron las variables de respuesta estudiadas.

La variedad que brind mejores resultados fue la variedad Chullpi. El producto obtenido a partir de esta variedad posee el mayor ISA en-tre las tres variedades (0,28), el menor IAA (6,34), la menor densidad (0,04 g/ml), el mayor ndice de expansin (2,87) y el mayor grado de ge-latinizacin (81,24%), siendo estas dos ltimas caractersticas las que determinaron su eleccin como la mejor variedad.

Cuadro 4Resultados del anlisis de los extruidos de las tres variedades de quinua

Variedad Maquinabilidad ISA IAA Densidad (g/ml)ndice de

expansin

Grado degelatinizacin

(%)

Choclito de Ayaviri 9 0,21 6,92 0,11 2,59 73,78Chullpi* 9 0,28 6,34 0,04 2,87 81,24Pasankalla 9 0,22 6,58 0,10 2,21 67,79

* Mejor variedadElaboracin propia

Una vez elegida la mezcla ptima se procedi a adicionar la cobertu-ra dulce a base de sacarosa (70Brix) haciendo uso de una grageadora, luego el producto obtenido fue secado a 60C por 24 horas para alcan-zar una humedad menor a 6%. Adicionalmente, se espolvore azcar impalpable a un grupo de ellos.

3.4 Evaluacin sensorial

La evaluacin de las muestras fue por separado. En la primera prueba, las muestras fueron evaluadas en sus atributos de color, olor, sabor y aceptabilidad general; en esta prueba los panelistas ubicaron cada




muestra dentro de una escala de nueve puntos, segn su nivel de agra-do. En la segunda prueba los panelistas tenan que sealar si acepta-ban o no el producto; es decir, si lo consumiran si estuviese disponible en el mercado. Los resultados de ambas pruebas se grafi can en las fi guras 4 y 5.

Con espolvoreado Sin espolvoreado

Color Olor Sabor AG

aa a

a a a ab

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Figura 4 Nivel de agrado promedio de los extruidos con cobertura dulce n = 80 panelistas;

las letras iguales indican que no hay diferencia signifi cativa

Figura 5 Porcentaje de aceptacin del extruido con cobertura dulce y espolvoreada

n = 80 panelistas (100%)

Nm. depanelistas %

100

80

60

40

20

0

Sin espolvoreado

Con espolvoreado

Elaboracin propia.

Elaboracin propia.




En la prueba de nivel de agrado, como se observa en la fi gura 4, no se encontraron diferencias signifi cativas en cuanto al olor, sabor y aceptabilidad general de los productos; sin embargo, s existe diferen-cia signifi cativa en cuanto al nivel de agrado del color de los productos, teniendo un nivel de agrado mayor el extruido sin espolvorear, esto debido a que el azcar impalpable otorga un color blanquecino al pro-ducto; en cambio la cobertura dulce sola le otorga al producto un color dorado muy agradable a la vista.

Por otro lado, el producto espolvoreado obtuvo un nivel de agrado li-geramente superior al producto no espolvoreado con respecto al sabor; sin embargo, estadsticamente no existe una diferencia signifi cativa entre ambos productos.

Respecto a la prueba de aceptacin, ambos productos tuvieron un porcentaje de aceptacin mayor de 50%; sin embargo, el producto que obtuvo un porcentaje de aceptacin mayor fue el espolvoreado, con aceptacin por parte de los panelistas (fi gura 5). Si bien la prueba de nivel de agrado nos permiti identifi car que existen diferencias signi-fi cativas en cuanto al color del producto, la prueba de aceptacin nos indica que, aun teniendo un nivel de agrado menor respecto a esta ca-racterstica, el producto espolvoreado tiene un porcentaje de acepta-cin signifi cativamente mayor que el producto sin espolvorear.

4. CONCLUSIONES

Las tres variedades de quinua estudiadas presentaron diferencias estadsticamente signifi cativas en su composicin de humedad, pro-tena, ceniza y fi bra pero no en su contenido de grasa.

Las tres variedades de quinua presentan un alto contenido proteico, siendo la variedad Pasankalla la de mayor contenido, con 14,09 0,19%, seguida de la variedad Chullpi con 13,29 0,11%, y fi nal-mente la variedad Choclito de Ayaviri, con 12,88 0,11% en base seca.

Las tres variedades de quinua poseen una alta capacidad antioxi-dante y contenido de polifenoles totales, siendo la ms elevada la de la variedad Pasankalla.

La mezcla a extruir con una proporcin quinua : maz de 70:30 y una humedad de alimentacin de 14% present el mayor ndice de




expansin (2,49) y el mayor grado de gelatinizacin (68,22%), por lo que fue elegida como la mejor mezcla.

La mezcla con la variedad Chullpi ofrece mejores caractersticas funcionales y principalmente el mayor ndice de expansin (2,87) y el mayor grado de gelatinizacin (81,24%) entre las tres variedades de quinua, por lo que fue elegida como la mejor variedad.

El producto extruido tipo snack, con cobertura dulce y espolvoreada, fue elegido como el mejor, despus del anlisis sensorial, teniendo como parmetro principal en la determinacin la mayor inclusin de quinua y el mayor grado de aceptacin.

Esta investigacin demuestra que la quinua es una excelente opcin como materia prima para ser usada en productos extruidos elevan-do su valor nutricional.

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extrusion de quinua

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