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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN DESARROLLO DE UNA FORMULACIÓN PARA GALLETA A BASE DE AMARANTO (Amaranthus hypochondriacus L.) CON ALTA CALIDAD NUTRIMENTAL. TESIS QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERA EN ALIMENTOS P R E S E N T A: TANIA DIAZ MOLINA ASESOR: DR. ENRIQUE MARTÍNEZ-MANRIQUE COASESORA: I.A. ZOILA OLIVIA GONZÁLEZ GONZÁLEZ 2012 CUAUTITLAN IZCALLI, EDO. DE MEX UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN UNIDAD DE ADMINISTRACIÓN ESCOLAR DEPARTAMENTO DE EXÁMENES PROFESIONALES DRA. SUEMI RODRÍGUEZ ROMO DIRECTORA DE LA FES CUAUTITLÁN PRESENTE u. N. A.M..' ASUNTO:V~RIO ATN: L.A. ARACELI HERRItID Jefa del Depart~fHiJllf;.ámenes Profesional~SAlfe>'f~ fFtSi:(?ilft'~titlán Con base en el Art. 28 del Reglamento de Exámenes Profesionales nos permitimos comunicar a usted que revisamos la Tesis : Desarrollo de una formulación para galleta a base de amaranto (Amaranthus hipochondriacus L.) con alta calidad nutrimental Que presenta la pasante: Tania Díaz Molina Con número de cuenta: 407012763 obtener el Título de: Ingeniera en Alimentos Considerando que dicho trabaj o reúne los requisitos necesarios para ser discutido en el EXAMEN PROFESIONAL correspondiente, otorgarnos nuestro VOTO APROBATORIO. ATENTAMENTE "POR MI RAZA HABLARA EL ESPÍRITU" Cuauti tlán lzcallí, Méx. a O I de Octubre de 2012. PROFESORES QUE INTEGRAN EL JURADO NOMBRE FIRMA PRESIDENTE M. en L Fernando Beristain ;kk:zrz:;-- VOCAL Dra. María de los Angeles Cornejo Vi llegas ~- . SECRETARIO M. en C. Enrique Martínez Manrique ler SUPLENTE l.A. Alberto Solis Díaz 2do SUPLENTE LA. Verónica Jiménez Vera NOTA: los sinodales suplentes están obligados a presentarse el día y hora del Examen Profesional (art. 120). HHA/pm AGRADECIMIENTOS Y DEDICATORIAS A Dios: Por la vida que me das, por Tu infinito amor y misericordia. Porque antes que cualquier otra cosa me permites ser hija tuya. A Mamá y Papá: Por todo su amor y apoyo a lo largo de la carrera. Por estar conmigo a cada momento. Nada de esto sería posible sin ustedes, sin duda, este logro es más suyo que mío. Los amo. A mis Hermanitos: Iván: Gracias por apoyarme a lo largo de este camino, por ser un gran ejemplo para mí. Roy: Gracias por tu paciencia, por cuidarme y preocuparte por mí. ¡Los amo hermanitos! Gaby y Christian: Gracias por haber estado conmigo tanto en los logros como en los tropiezos. Por sus palabras de aliento, por las risas y por su entrañable amistad. Doy gracias a Dios por permitirme conocerlos. ¡Los quiero mucho! Dr. Enrique Martínez-Manrique y Profesora Verónica Jiménez Vera: Por su infinita paciencia y por su confianza en este proyecto. ¡Gracias por todo! i ÍNDICE RESUMEN ..................................................................................................................................... 1 INTRODUCCIÓN........................................................................................................................... 3 I. ANTECEDENTES ...................................................................................................................... 5 1.1 AMARANTO......................................................................................................................... 5 1.1.1 Origen ........................................................................................................................... 5 1.1.2 Clasificación botánica y características de la planta .................................................... 7 1.1.3 Características del grano ............................................................................................ 10 1.1.4 Composición Química y Valor Nutritivo ...................................................................... 11 1.2 TRIGO ................................................................................................................................ 15 1.2.1 Origen ......................................................................................................................... 15 1.2.2 Clasificación botánica características de la planta y el grano .................................... 16 1.2.3 Tipos de trigo .............................................................................................................. 17 1.2.4 Composición química .................................................................................................. 19 1.2.5 Harina de trigo ............................................................................................................. 21 1.3 GALLETAS........................................................................................................................ 27 1.3.1 Definición, elaboración y función de los ingredientes ................................................. 27 1.3.2 Clasificación ................................................................................................................ 29 1.3.3 Producción y consumo ................................................................................................ 31 1.3.4 Calidad de las galletas ................................................................................................ 32 1.3.5 Valor nutritivo .............................................................................................................. 32 II. DESARROLLO EXPERIMENTAL .......................................................................................... 34 2.1 OBJETIVOS ...................................................................................................................... 34 2.1.1 Objetivo General ......................................................................................................... 34 2.1.2 Objetivos Particulares ................................................................................................. 34 2.2 MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................................................. 35 2.2.1. Material Biológico ....................................................................................................... 35 2.2.2 Preparación de la muestra .......................................................................................... 35 2.2.3 Análisis Químico Proximal .......................................................................................... 35 2.2.4 Elaboración de Galletas .............................................................................................. 38 2.2.5 Pruebas de calidad de las harinas .............................................................................. 40 2.2.6 Pruebas de calidad de las galletas ............................................................................. 44 2.2.7 Determinación de la calidad nutrimental de la galleta ................................................ 44 2.2.8 Evaluación Sensorial................................................................................................... 45 2.2.9 Análisis estadístico ......................................................................................................45 III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .............................................................................................. 46 3.1 Análisis químico proximal de la materia prima .................................................................. 46 ii 3.2 Pruebas reológicas ............................................................................................................ 47 3.3 Pruebas de calidad galletera ............................................................................................. 49 3.4 Análisis Químico Proximal ................................................................................................. 50 3.6 Prueba de perfil de aminoácidos ...................................................................................... 52 3.7 Prueba de nivel de agrado................................................................................................. 54 CONCLUSIONES........................................................................................................................ 56 RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 57 BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................................... 58 iii Índice de Figuras Figura 1. Planta de amaranto .................................................................................... 5 Figura 2. Semilla de amaranto ................................................................................... 6 Figura 3. Planta e inflorescencia de (a) Amaranthus hypochondriacus L., (b) Amaranthus cruentus L. y (c) Amaranthus caudatus L. ..................................................................... 9 Figura 4. Semilla de amaranto en corte longitudinal ..................................................... 10 Figura 5. Trigo ..................................................................................................... 15 Figura 6. Corte longitudinal de un grano de trigo ......................................................... 17 Figura 7. Molino Pertner Laboratory Mill 3100 ............................................................. 35 Figura 8. Cookie Test ............................................................................................ 40 Figura 9. Horno de columpio ................................................................................... 40 Figura 10. Farinógrafo-E Brabender ......................................................................... 41 Figura 11. Alveógrafo Chopin .................................................................................. 43 iv Índice de Tablas Tabla 1. Clasificación botánica del amaranto ................................................................ 7 Tabla 2. Áreas de origen y usos de distintas especies de amaranto. ................................. 8 Tabla 3. Composición química del amaranto y de algunos cereales (% en peso seco) ......... 11 Tabla 4. Contenido de aminoácidos esenciales de algunas semillas y requerimientos recomendados por la FAO (en % en peso seco) .......................................................... 12 Tabla 5. Contenido de ácidos grasos en la semilla Amaranthus hypochondriacus ............... 13 Tabla 6. Contenido de vitaminas en el grano de amaranto en relación con otras hortalizas (en 100 g.) ................................................................................................................ 14 Tabla 7. Comparación de minerales contenidos en el amaranto y otros cereales ................ 14 Tabla 8. Clasificación taxonómica del trigo ................................................................. 16 Tabla 9. Clasificación de trigo de acuerdo a su tipo de gluten ......................................... 18 Tabla 10. Composición química de las diferentes partes del grano del trigo ....................... 19 Tabla 11. Contenido de cenizas del grano de trigo según su grado de extracción ............... 23 Tabla 12. Características y usos de la Harina Extrafina ................................................. 24 Tabla 13. Características y usos de la harina fina ........................................................ 25 Tabla 14. Características y usos de la harina semifina .................................................. 25 Tabla 15. Características y usos de las harinas suaves (galleteras) ................................. 26 Tabla 16. Principales ingredientes y funciones que se combinan para formar la galleta ........ 27 Tabla 17. Producción y consumo de galletas en México ................................................ 31 Tabla 18. Análisis químico proximal de las harinas de amaranto y trigo que serán usadas como materia prima ....................................................................................................... 46 Tabla 19. Formulaciones propuestas para elaborar galletas con mezclas de harinas de amaranto y trigo para mejor su calidad nutrimental ....................................................... 47 Tabla 20. Resultados de pruebas reológicas realizadas a las diferentes formulaciones propuestas para la elaboración de galletas ................................................................. 48 Tabla 21. Resultados de la calidad galletera de los productos elaborados con las diferentes formulaciones propuestas ....................................................................................... 49 Tabla 22. Resultados del análisis químico proximal realizado a las galletas elaboradas con las diferentes formulaciones propuestas. ........................................................................ 50 Tabla 23. Comparación del Análisis Químico Proximal realizado a la mejor formulación escogida y una galleta comercial .............................................................................. 52 Tabla 24. Perfil de aminoácidos esenciales presentes en la galleta elaborada con la mejor formulación 80% amaranto - 20% trigo comparado con los requerimientos diarios recomendados por la FAO. ..................................................................................... 53 Tabla 25. Resultados de la prueba de nivel de agrado a la que se sometió a la galleta elaborada con la mejor formulación ........................................................................... 54 1 RESUMEN El amaranto es un grano muy versátil para su transformación e industrialización y puede utilizarse como cualquier cereal; con mayores ventajas nutrimentales; aunque por la falta de gluten, debe mezclarse con harina de trigo para darle características adecuadas a productos de panificación como las galletas (FAO, 1997). Las galletas son consumidas por la mayoría de la población debido a su disponibilidad y facilidad de consumo, pero desafortunadamente la calidad de estos productos es deficiente (Consumer Eroski, 2010). Aunque antes se consideraba un problema exclusivo de los países de altos ingresos, el sobrepeso y la obesidad están aumentando espectacularmente en los países de ingresos bajos y medios, sobre todo en el medio urbano. Esto se debe a varios factores, como el carácter sedentario del trabajo actual, el cambio en los medios de transporte y el consumo de alimentos con alto poder calórico y baja calidad nutrimental (OMS, 2005). Por lo tanto, usar un producto de alto y fácil consumo como las galletas mejorando su calidad nutrimental, podría ayudar a disminuir este problema. Es por eso que en el presente trabajo, se planteo como objetivo desarrollar una formulación para la elaboración de una galleta que tuviera como uno de sus ingredientes principales harina de amaranto para que mejorara su calidad nutrimental. Para lograr el objetivo se propusieron diferentes formulaciones de harina de amaranto (100, 90,80 y 70%) y harina de trigo. El comportamiento de las mezclas de harina se analizó con un farinógrafo y se observó que la formulación 80% amaranto – 20% trigo fue la mejor. Se elaboraron galletas con las diferentes formulaciones y se evaluó su calidad mediante pruebas de calidad galletera y su composición química; los resultados mostraron que la calidad galletera de la formulación 80% HA–20% HT fue la más parecida al control y también tuvo un mayor porcentaje de proteína y minerales. Estos resultados junto con los obtenidos en las pruebas reológicas permitieron seleccionar a la formulación 80% HA- 20% HT como la mejor. Posteriormente se determinó el perfil de aminoácidos de la galleta seleccionada y se comparó con el patrón de requerimiento diario de la FAO, los resultados mostraron que la galleta presenta un alto contenido de aminoácidos esenciales y en todos los casos fue mayor o estadísticamente igual (P≤0.05) al patrón de la FAO. Por último, se realizó una prueba de 2 nivel de agrado, para determinar el grado de aceptación del producto elaborado y se encontró que el 74% de los jueces aceptó la galleta con una calificación de 7.29. Por lo cual, se concluyó que la mejor formulación sí mejoró la calidad nutrimental de la galleta y fue aceptada sensorialmente por el consumidor; por lo tanto, podía ser un buen vehículo para contribuir a mejorar el nivel nutricional de los potenciales consumidores. 3 INTRODUCCIÓN La obesidad es un problema serio de salud que en los últimos años ha ido aumentando de manera alarmante en México (Téllez, 2010). Estos problemas son resultado de una ingesta alimentaria inadecuada, provocada en parte por la carencia de alimentos nutritivos (UNICEF, 1998). Los cereales constituyen, para la mayoría de los países en vías de desarrollo, su principal fuente de alimentación y les proporcionan valores calóricos adecuados, pero no proporcionan los requerimientos óptimos de proteínas, grasa, fibra y minerales (Shewry, 1995). Como consecuencia, las dietas basadas en un solo tipo de grano resultan nutricionalmente deficientes. La ingesta de varias especies de cereales y/o leguminosas puede resultar en una dieta balanceada en aminoácidos y ácidos grasos esenciales, así como fibra y minerales (FAO, 1997), pero en general, la gente se ha mostrado renuente a cambiar sus hábitos alimenticios. Por eso, entre las estrategias utilizadas por algunos investigadores, para mejorar la calidad nutrimental de estos alimentos, está la complementación con otros granos no convencionales como el amaranto (Cabrera, 2007; Mujica et al., 1997; FAO, 1997; Álvarez y Genta, 1993). Las proteínas del amaranto tienen lisina y triptófano, que son aminoácidos escasos en otros cereales como maíz, arroz y trigo, por lo que, al combinar amaranto con estos granos, se complementan permitiendo una importante mejoría en la nutrición (Hernández y Herrerías, 1998; Bressani, 1989 y 1983). Además, el amaranto como harina puede incorporarse en diferentes proporciones a diferentes platillos, lo que ofrece un sabor parecido al de las nueces (Flores, 2011; UAEM, 1999). Por otra parte, las galletas han formado parte de la dieta del hombre desde hace tantos años que incluso hemos olvidado su principal función: complementar nuestra alimentación, gracias a que poseen altas cantidades de carbohidratos, que aportan energía rápidamente (Consumer Eroski, 2010). Además, las galletas son una valiosa opción para obtener energía cuando no es posible tener un desayuno equilibrado y adecuado, así como en la cena debido a que son fáciles de digerir (El porvenir, 2009). 4 En México, el consumo de galletas es muy frecuente, en diferentes comidas o también como colaciones o entremeses (“snacks”). Su consumo ha tenido un crecimiento exponencial en los últimos años, destacando como principales consumidores los niños y jóvenes (Martínez & Villezca, 2003). Debido a que las galletas son productos con baja calidad nutrimental pero de gran aceptación, en este trabajo se ha planteado desarrollar una formulación para la elaboración de una galleta que tenga como uno de sus ingredientes principales harina de amaranto, para mejorar así su calidad nutrimental, por su alto contenido de proteína y otros nutrientes, que podrían contribuir a mejorar el nivel nutricional de los consumidores. Para llevar a cabo esta investigación, se propondrán y evaluarán diferentes formulaciones que tengan como mínimo 70% de harina integral de amaranto, para lograr complementar la harina de trigo. Se realizarán pruebas reológicas a las masas y de calidad galletera y análisis químico proximal a las galletas elaboradas con todas las formulaciones y con base en estas pruebas se elegirá la mejor formulación. A la galleta elaborada con esta formulación se le determinará su composición química y se comparará con el de una galleta comercial así como su perfil de aminoácidos, esto para ver si su calidad nutrimental aumentó comparado con la comercial y por último se le aplicará una prueba sensorial de nivel de agrado para saber si es aceptada por el consumidor. 5 I. ANTECEDENTES 1.1 AMARANTO 1.1.1 ORIGEN El amaranto es uno de los cultivos más antiguos de América y ha tenido importancia en la alimentación desde la época prehispánica, tal como se manifiesta en códices como el Florentino. Su nombre deriva del griego a=negación, maraíno= marchitarse, que alude a su resistencia a la sequía (Figura 1). Figura 1. Planta de amaranto Se sabe que las semillas de amaranto (Figura 2) se utilizaban en ceremonias religiosas, a semejanza de otros pueblos autóctonos de la parte central de México, para formar ídolos pequeños que servían como amuletos para asegurar el éxito de las siembras y cosechas. Algunos grupos indígenas sembraban el amaranto como fuente de pigmento para colorear las hostias ceremoniales de pan de maíz que personificaban a sus dioses y que distribuían a las personas a manera de comunión durante sus danzas tradicionales (Alejandre y Gómez, 1986). 6 Figura 2. Semilla de amaranto El huautli (amaranto) estaba también muy asociado con rituales paganos y sacrificios humanos. Cuando los aztecas efectuaban el principal festival del año, dedicado a Huitzilopochtli (dios de la guerra), el centro de la ceremonia consistía en un enorme ídolo confeccionado con masa de huautli, miel y sangre humana, que se paseaba por la ciudad y los suburbios en una tarima, para ser finalmente despedazado y comido por la gente. La parte vegetativa de la planta también tenía un lugar importante en las ceremonias religiosas. Con ella se elaboraban tamales denominados huauhquiltamalli para ofrecerlos al dios del fuego (Santín y Lazcano, 1986). Cuando Hernán Cortés invadió Tenochtitlán en 1519 inmediatamente comenzó a evitar estas ceremonias religiosas consideradas paganas, con la finalidad de destruir esa religión ligada a sacrificios humanos que no era bien vistos por la iglesia. Mandó eliminar el cultivo, amenazando de cortarle las manos a todo aquél que se atreviera a sembrar la planta, pues era considerada como base de cultos paganos. Pero la magnífica adaptación de esta planta a climas adversos, su resistencia a las heladas y plagas, así como el sentido tradicionalista de nuestro pueblo, impidieron su desaparición (Sánchez-Marroquín, 1980). Debido a esto, su producción decayó entre los años 1577 a 1890 y solo lo cultivaban de manera secreta. Durante este tiempo se perdió la importancia que se le daba, tanto por la prohibición del cultivo, como por la introducción de otros cereales provenientes del intercambio comercial entre las colonias, como fue el caso del arroz y el trigo; a su vez se 7 consolido la importancia del maíz y el frijol llegando a ser la base de la alimentación Mexicana. Por todo esto, el amaranto y su cultivo quedaron en el olvidoy sólo se utilizó de manera ornamental y poco como alimento (Ortiz et al., 1993). 1.1.2 CLASIFICACIÓN BOTÁNICA Y CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA El amaranto es una planta de la familia de las Amaranthaceae (Tabla 1), esta familia la conforman más de 60 géneros. TABLA 1. Clasificación botánica del amaranto Amaranto Reino Plantae Subreino Embriofitas División Magnoleophyta Clase Magnoleopsida Subclase Caryophyllidae Orden Caryophyllales Familia Amaranthaceae Género Amaranthus Especie A. hypochondriacus A. cruentus A. caudatus Fuente: UAEM, 1999 En este conjunto encontramos al género Amaranthus que posee alrededor de 800 especies de las cuales unas 10 son usadas en la alimentación del hombre (Tabla 2), y sólo tres especies de amaranto se utilizan actualmente para la producción de grano: A. cruentus L., A. caudatus L. y A. hypochondriacus L. (Transue et al., 1994). 8 TABLA 2. Áreas de origen y usos de distintas especies de amaranto. Especie Origen Como se encuentra Usos A. blitum Asia Cultivado Vegetal, ornamental A. caudatus Sudamérica (Andes) Cultivado Grano, vegetal, ornamental A. cruentus Guatemala Cultivado Grano, vegetal A. dubius Sudamérica Maleza, cultivado Vegetal A. hybridus Sudamérica Maleza Vegetal A. hypochondriacus México Cultivado Grano, vegetal A. retoflexus Norteamérica Maleza Vegetal A. spinosus Asia Maleza Vegetal A. tricolor Asia Cultivado Vegetal, ornamental A. viridis África Maleza Vegetal Fuente: Jurado, 1998. La altura de la planta llega a ser de 2 a 3 metros, en la parte superior de la planta se encuentra la inflorescencia que es una especie de saco en donde se producen una cantidad significativa de semillas, que son de colores muy variados y van desde el blanco amarillento, beige, café claro, hasta negras que son de especies silvestres (Figura 3) (Becker y Wheeler, 1981). Cada semilla llega a pesar en promedio entre 0.6-1.2g (Hauptli y Jain, 1980). 9 Figura 3. Planta e inflorescencia de (a) Amaranthus hypochondriacus L., (b) Amaranthus cruentus L. y (c) Amaranthus caudatus L. FUENTE: Tapia, 1997 El amaranto es una planta anual con excelente forraje y brillantes colores, su tallo es estriado y hueco en el centro (en la etapa de madurez), tiene solo un eje central con pocas ramificaciones, la raíz es corta pero robusta y provista de numerosas raíces secundarias, sus hojas varían de forma y color, según la especie pueden ser largamente pecioladas, romboides o cónicas; el color va de verde oscuro a púrpura (Becker y Wheeler, 1981; Bressani y López, 1987). Son plantas de rápido crecimiento y buena eficiencia de fijación de carbono a temperaturas elevadas, en lugares soleados, ambientes secos y poca agua, esto se atribuye a que el amaranto tiene una alta eficiencia fotosintética (convierte mayor cantidad de carbón en azúcar por unidades de agua perdida). Por lo general, esta planta lleva a cabo la fotosíntesis a través de la ruta C4, representando esto una mayor eficiencia y la fijación del CO2, el cual al no ser eliminado se aprovecha completamente en el ciclo de Calvin; lo cual permite que las hojas de la planta fijen más energía, produzcan más glucosa y por lo tanto más biomasa (Trinidad et al., 1990). 10 El amaranto es una planta dicotiledónea a diferencia de los cereales que son monocotiledóneas, pero tiene características agronómicas semejantes a los cereales, sabor parecido y produce granos similares, es por eso que se considera un pseudocereal, pero lo que más resalta de este grano es su mejor calidad nutrimental que los cereales. 1.1.3 CARACTERÍSTICAS DEL GRANO La cubierta de la semilla consiste de una capa simple de células que están íntimamente asociadas con el perispermo. En la región del embrión, la cubierta de la semilla está añadida al endospermo, permaneciendo en la madurez de la semilla. La mayor proporción del endospermo cubre la raíz. Las células del endospermo tienen paredes gruesas y largas, que contienen cuerpos esféricos adheridos a una matriz esponjosa. Las células del embrión tienen propiedades típicas de lípidos simples y complejos. Los cuerpos celulares esféricos, adheridos a la matriz que contiene el lípido, son parcialmente digeridos por tripsina, esto sugiere que son de naturaleza proteica. El perispermo que está localizado en el centro de la semilla, contiene gránulos de almidón formados principalmente de amilopectina. (Carlsson, 1980). La semilla es pequeña (alrededor de 1mm de diámetro) y tiene forma lenticular. El embrión dicotiledóneo, es circular y se encuentra rodeando al perispermo, el endospermo está pobremente desarrollado (Figura 4). Figura 4. Semilla de amaranto en corte longitudinal Fuente: Irving et al., 1981 11 La mayor cantidad de lípidos y proteínas están contenidas en la cubierta de la semilla y en el embrión, juntos constituyen aproximadamente un cuarto del peso de la semilla y el resto lo compone el perispermo que es el principal tejido de reserva de carbohidratos (Betschart et al., 1981; Becker, 1994). 1.1.4 COMPOSICIÓN QUÍMICA Y VALOR NUTRITIVO En la búsqueda de fuentes alternativas de proteína vegetal, la semilla de amaranto fue redescubierta hace unas décadas y valorada por su gran calidad nutrimental. Presenta una alta cantidad de proteína total y aceite en comparación con los cereales (Tabla 3). TABLA 3. Composición química del amaranto y de algunos cereales (% en peso seco) Amaranto hypochondriacus1 Maíz 2 Trigo 2 Arroz 2 Proteína cruda 17.9 10.2 12.2 8.1 Grasa 7.7 4.6 1.9 1.2 Fibra 2.2 2.3 1.9 0.5 Almidón 52.4 79.5 71.9 75.8 Cenizas 4.1 1.3 1.7 1.4 Fuente: *1. Singhal & Kulkami, 1988; 2. Lasztity, 1996; 3. Duffus & Slaughter, 1980. Presenta un contenido de aminoácidos esenciales adecuado, de los cuales, es de particular importancia la alta proporción de lisina y de aminoácidos azufrados (Tabla 4). El contenido total de minerales es generalmente mayor que el encontrado en otras semillas, principalmente tiene un alto contenido de calcio, fósforo, hierro y cobre (Pedersen et al., 1987). Existen varios estudios sobre la composición química de la semilla de amaranto, pero es común encontrar discrepancias significativas entre ellos, probablemente debido a la gran variabilidad inter e intra especies que presenta esta planta por que se observa un cambio importante en la composición en función de las condiciones de crecimiento y la disponibilidad de nutrientes (Carlsson, 1980; Becker et al., 1981; Imeri et al., 1987; Bressani et al., 1987). 12 TABLA 4. Contenido de aminoácidos esenciales de algunas semillas y requerimientos recomendados por la FAO (en % en peso seco) A. hypochondriacus1 Maíz2 Trigo2 Arroz2 FAO3 Histidina 5.4 2.75 2.3 2.7 1.9/1.9/1.6 b Isoleucina 3.3 3.68 4.70 3.71 2.8/2.8/1.3 Leucina 5.4 2.65 6.7 8.45 6.6/4.4/1.9 Lisina 4.6 2.67 2.79 3.69 5.8/4.4/1.9 Treonina 3.45 3.60 2.84 3.91 3.4/2.8/0.9 Triptófano 2.5 0.70 1.28 1.15 1.1/0.9/0.5 Valina 3.7 4.85 4.48 5.51 3.5/2.5/1.3 Cisteína+Metionina 4.0 3.47 3.49 3.39 2.5/2.2/1.7 Fenilalina+Tirosina 7.7 8.71 8.68 8.64 6.6/2.2/1.9 b. 2-5 años/10-12 años/Adultos FUENTES: 1. Saunders & Becker, 1984; 2. Lasztity, 1996; 3. FAO/WHO/ONU, 1985. Los lípidos totales en el grano de amaranto están en un rango de 5.4 a 17%, y tienen un alto nivel de instauración alrededor de 75%, además, su aceite es reconocido por ser la fuente vegetal con mayor concentración de escualeno, contiene niveles entre 4.8 y 6.2% (Tamer, 2006). Existen varias investigaciones que demuestran que cierto tipo de lípidos, como el escualeno, los fotoesteroles y los polifenoles, contienen propiedades antioxidantes, además el escualeno es precursor de la biosíntesis de esteroides en el humano (Lehninger, 1981). Los ácidos grasos más abundantes son el linoleico (30-58%), el oleico (19-38%) y el palmítico(11.5-21.3%) (Tabla 5), y posee una saturación de 25% (Carlsson, 1980). Esta alta cantidad de lípidos en el grano de amaranto es benéfica, ya que se puede utilizar para reducir la cantidad de grasa agregada, cuando se utiliza la harina de amaranto como ingrediente, en productos horneados tales como galletas y pasteles, donde la grasa desempeña un papel importante en la textura y el sabor (Segura-Nieto et al., 1994). 13 TABLA 5. Contenido de ácidos grasos en la semilla Amaranthus hypochondriacus Ácido graso Contenido (g/100g) Ácido Oleico 29.3 Ácido Linoleico 44 Ácido Palmítico 18.4 Ácido Linolénico 1.3 Ácido Mirístico 0.2 Ácido Miristoleico 0.1 Ácido Palmitoleico 0.1 Ácido Palmitolénico 0.8 Ácido Esteárico 0.9 Ácido Araquídico 3.8 Ácido Araquídico 1.2 *Fuente: Mujica et al., 1997 Se ha demostrado que el aceite de la semilla de amaranto presenta diversas aplicaciones nutracéuticas, como es la disminución del nivel de glucosa en sangre, combinado con otros cereales equilibra el patrón de aminoácidos, minerales y presenta un efecto hipocolesterolémico (Chaturvedi et al., 1997). Además, los ácidos grasos son importantes para producir las prostaglandinas que regulan muchos procesos corporales, por ejemplo, la inflamación y la coagulación de la sangre. Los granos de amaranto son buena fuente de vitaminas (Tabla 6), así como de minerales (Tabla 7), lo cual favorece la buena alimentación de los individuos que los consumen. Su buen balance de vitaminas, coloca al amaranto, comparado con otros alimentos de origen vegetal (acelga, espinaca), como un alimento de elevado aporte nutrimental. 14 TABLA 6. Contenido de vitaminas en el grano de amaranto en relación con otras hortalizas (en 100 g.) Vitaminas Amaranto Acelga Espinaca Vitamina A (U.I.) 6100 3300 8100 Tiamina (mg) 0.08 0.06 0.10 Riboflavina (mg) 0.16 0.17 0.20 Niacina (mg) 1.4 0.5 0.6 Vitamina C (mg) 80 30 51 Fuente: Modificada de Leung y Flores, 1961; Saunders y Becker, 1984. La semilla de amaranto contiene principalmente potasio y calcio, además de magnesio, zinc, manganeso y hierro aunque en menor cantidad. Como se puede observar en la tabla 7, el amaranto supera los niveles de minerales comparado con el de otros cereales más comunes como el maíz, el arroz y el trigo (Sánchez- Marroquín, 1981). TABLA 7. Comparación de minerales contenidos en el amaranto y otros cereales Mineral (mg/100g) Amaranto Maíz Arroz Trigo Fósforo 600 256 - 372 Potasio 563 284 214 370 Calcio 303 158 32 58 Magnesio 344 147 106 160 Hierro 5.3 2.3 1.4 0.9 Fuente: Santín y Lazcano, 1986. Como se ha presentado, el grano de amaranto tiene una alta calidad nutrimental; por lo cual, al combinarlo con un cereal, como el trigo, permitiría complementar la deficiencia que estos últimos tienen en aminoácidos esenciales, además de aportar ácidos grasos esenciales, fibra y minerales, y de esta forma lograr una importante mejoría en la nutrición. 15 1.2 TRIGO El trigo es una planta gramínea, su crecimiento promedio es de un metro de altura (Figura 5). Sus hojas brotan muy pronto y van seguidas por tallos muy delgados rematados por espigas de cuyos granos molidos se saca la harina. Es uno de los cereales más utilizados para la producción de alimentos (CANIMOLT, 2007) 1.2.1 ORIGEN Se dice que el trigo (figura 5) llegó a nuestro país en la época de la conquista por medio de los españoles, quienes introdujeron el uso del trigo para la elaboración de panes y harinas así como el proceso productivo del mismo, almacenamiento y proceso de molienda, dejando o intentando dejar de lado el maíz como la dieta básica que prevalecía en ese entonces. El cultivo del trigo en la Nueva España, así como su transformación en harina y posteriormente en pan, fue una necesidad imperiosa de los conquistadores, para satisfacer aquí sus viejas costumbres en su alimentación. También tuvieron la tarea de enseñar a los indígenas el proceso de molienda y la elaboración del pan convirtiéndose en parte de la dieta de la Nueva España desde entonces (López, 1981). Figura 5. Trigo Durante la conquista española el proceso de cultivo fue lento, debido a las costumbres indígenas que utilizaban el maíz, frijol y chile como dieta básica a la que se fueron acostumbrando los habitantes españoles debido a la poca participación de los indígenas en el cultivo de este cereal, fue hasta el año de 1550 cuando los habitantes españoles 16 empezaron a darle mayor importancia a la agricultura (López, 1981), en especial a la siembra del trigo, cuando se da la consolidación del imperio español. 1.2.2 CLASIFICACIÓN BOTÁNICA CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA Y EL GRANO El trigo como los demás cereales, es una planta monocotiledónea perteneciente a la familia de las gramíneas. Los trigos duros o cristalinos se clasifican botánicamente como Triticum turgidum, subespecie durum, y los harineros como Triticum aestivum, subespecie vulgaris el cual se utiliza básicamente en la producción de harina para pan, galletas y repostería (Tabla 8). TABLA 8. Clasificación taxonómica del trigo Trigo Reino Vegetal División Fanerógramas Subdivisión Angiosperma Clase Monocotiledóneas Orden Glumíforas Familia Gramíneas Género Triticum Especie T. aestivum, T. compactum, T. durum, T. aethiopicum, T. araraticum, T. boeticum, T. carthlicum, T. dicoccon. FUENTE: Desrosier, 1989 La longitud del grano es en promedio, de 8mm y el peso de 35mg. El tamaño de los granos varía ampliamente según la variedad. Los granos de trigo son redondeados en la parte dorsal (el mismo lado del germen) y poseen un surco a lo largo de la parte ventral (lado opuesto del germen). El surco, que abarca aproximadamente toda la longitud del grano, penetra casi hasta el centro. Los dos carrillos pueden llegar a tocarse ocultando así la verdadera profundidad del surco. Este surco no solo represente una dificultad para que el 17 harinero separe el salvado del endospermo con un buen rendimiento, sino que también constituye un buen escondite para los microorganismos y el polvo (Hareland, 2003). El grano de trigo puede ser dividido en tres partes morfológicamente diferentes: el endospermo, que representa la mayor parte del grano; la capa de salvado, que envuelve el grano; y el germen, que incluye el embrión y el escutelo (Figura 6) (Bogdan y Dendy, 2003). Figura 6. Corte longitudinal de un grano de trigo Fuente: Calaveras, 2004 1.2.3 TIPOS DE TRIGO Los trigos en México se clasifican sobre la base de las propiedades del gluten del trigo, esto a diferencia de Estados Unidos y Canadá en donde los trigos se clasifican por sus hábitos de crecimiento. 18 Los principales tipos de trigo que se cultivan en México, de acuerdo a su tipo de gluten, se dividen en cinco grandes grupos (Tabla 9), siendo los de mayor demanda los del Grupo 1 y 3; habiendo sin embargo, mayor crecimiento en la producción de trigos cristalinos. (CANIMOLT, 2007) TABLA 9. Clasificación de trigo de acuerdo a su tipo de gluten Trigo Tipo de Gluten TEXTURA DE GRANO/ENDOSPERMO USOS Grupo 1 Fuerte (muy elástico) y extensible. Duro a semiduro Lo utiliza la industria mecanizada de la panificación, produciendo principalmente harina para pan de caja. Se le utiliza como mejorador de trigos débiles. Grupo 2 Medio fuerte (elástico) y extensible. Duro a semiduro. Es para la industria del pan hecho a mano o semi-mecanizado; se le utiliza como mejorador de trigos débiles o trigos con gluten muy fuerte. Grupo 3 Débil (ligeramente elástico) y extensible Suave (blando). No producen harinas panificables por sí solos; requieren mezclarse con trigos Grupo 1 y 2 Se utilizan para la industria galletera y elaboración de tortillas, buñuelos y otros; aunque puede utilizarse en la panificación artesanal.Como corrector de trigos con gluten muy fuerte. Grupo 4 Medio y tenaz (no extensible) Duro a Semiduro. No es panificable por su alta tenacidad. Se mezcla con trigos fuertes. Es utilizado para la industria de la repostería (pastelera y galletera). Grupo 5 Fuerte, tenaz y corto (no extensible). Es un grano muy duro y cristalino. Endospermo con alto contenido de pigmento amarillo (carotenoides) No es panificable. Se usa para la industria de pastas alimenticias (espagueti, macarrones, sopas secas, etc.). Fuente: CANIMOLT, 2007 19 1.2.4 COMPOSICIÓN QUÍMICA El grano maduro está formado por hidratos de carbono, (fibra cruda, almidón, maltosa, sacarosa, glucosa, melobiosa, pentosanos, galactosa, rafinosa), compuestos nitrogenados (principalmente proteínas: albúminas, globulina, prolamina y gluteínas), lípidos (ácidos grasos: mirístico, palmítico, esteárico, palmito oleico, oléico, linoléico, linoléico), sustancias minerales (potasio, fósforo, azufre y cloro) y agua junto con pequeñas cantidades de vitaminas (tiamina, ribofalvina y del complejo B), enzimas (B-amilasa, celulosa, glucosiadas) y otras sustancias como pigmentos (Primo, 1987; Hoseney, 1991). En la tabla 10 se presenta la composición general del grano de trigo (expresada en % peso seco), desde luego estos porcentajes pueden variar, ya que influyen la variedad y las condiciones geográficas. TABLA 10. Composición química de las diferentes partes del grano del trigo Peso % Almidón % Proteína % Lípidos % Minerales % Trigo Completo 100 60-70 10-14 1.5-2.5 1.6-2.0 Endospermo 82-85 70-85 8-13 1-1.6 0.3-0.8 Salvado 15 0 7-8 1-5 3-10 Germen 3 20 35-40 15 5-6 Fuente: Bogdan y Dendy, 2003 1.2.4.1 PROTEÍNA El contenido proteico del grano se ha puesto de manifiesto mediante un simple fraccionamiento basado en la solubilidad en agua, la presencia de cuatro tipos de sustancias proteicas; de estás, dos son solubles en una solución salina diluida: una albúmina, con un contenido porcentual respecto al total proteico del 12% y una globulina con el 4%; dos son insolubles en agua y solubles en solventes polares, una prolamina, la gliadina con el 44% y una glutelina, la glutenina con el 40%. 20 Las primeras dos tienen poca importancia en el trigo porque se presentan sólo en pequeñas cantidades, en cambio la gliadina y la glutelina son proteínas de gran importancia porque en contacto con el agua se unen con enlaces intermoleculares, formando el gluten, que representa la sustancia que confiere resistencia y elasticidad a la masa obtenida a partir de esta harina (Serna, 1996; Primo, 1997). El gluten en su conjunto tiene una composición de aminoácidos de aproximadamente 6% ionizables, 45%polares y 49% apolares; se caracteriza por su elevado contenido de prolina y de glutamina (14 y 37%, respectivamente, del total de aminoácidos), pero ambas son deficientes en lisina y metionina. Por su parte, las albúminas y las globulinas del trigo desempeñan un papel importante en la formación de la corteza de los productos de panadería (pan, galletas) debido a que favorecen las reacciones de oscurecimiento no enzimático responsables del color y el aroma típico de estos productos. Cabe indicar que tanto las gliadinas como las glutelinas contienen una cantidad muy baja de lisina, ya que 85% de este aminoácido se localiza en las albúminas y globulinas (Badui, 2006). La mayoría de los productos de panadería y pastelería, incluyendo las galletas, se elaboran a partir de trigo, el cual, como ya se mencionó es deficiente en aminoácidos esenciales tales como la lisina y el triptófano, lo cual hace que la proteína que contienen sea de menor calidad. Debido a que las personas se muestran renuentes a cambiar sus hábitos alimenticios, una de las estrategias para mejorar la calidad nutrimental de los alimentos es el enriquecimiento proteico con fuentes no convencionales como el amaranto. 1.2.4.4 LÍPIDOS Los lípidos se encuentran sólo en pequeños porcentajes en la composición química del trigo y están localizados principalmente en el germen. Los componentes lipídicos más importantes son los triglicéridos, fosfolípidos y los esteroles (sitosterol y campisterol). En 21 la composición de los ácidos grasos de los glicéridos y de los fosfolípidos sobresalen los ácidos grasos insaturados, como el ácido oleico y linoleico (Quaglia, 1991; Serna, 1996). Toda la harina posee una pequeña cantidad de grasa o aceite propios del trigo, pero la cantidad es muy baja, porque durante la molienda se elimina el germen, para evitar alteraciones por oxidación (Quaglia, 1991; Serna, 1996). 1.2.4.2 MINERALES Los principales minerales presentes en el trigo son: el fósforo, potasio, calcio, magnesio, hierro y azufre. La mayor parte de éstos se encuentra en el salvado y en la capa aleurónica. Como consecuencia de su distribución en el grano, una harina tendrá un contenido en cenizas más elevado cuanto mayor sean las partículas de salvado presentes en ella, que estará relacionada directamente con el rendimiento de harina obtenida durante la molienda (CANIMOLT, 2007). 1.2.4.3 VITAMINAS En el trigo se encuentran principalmente vitaminas tales como la tiamina (B1), la riboflavina (B2), la niacina, el ácido pantotenico, el ácido fólico y la vitamina E. Su localización en el grano no es homogénea ya que casi toda se localiza en la parte externa, por lo que se encuentra en gran parte en el producto de desecho de la molienda. La harina blanca es deficiente en estos compuestos, porque entre menor sea el rendimiento de harina obtenida durante la molienda, el porcentaje de vitaminas disminuye. Es por eso la importancia de consumir harinas integrales, que contienen una buena cantidad de salvado y por consecuencia de vitaminas. 1.2.5 HARINA DE TRIGO La molienda de trigo consiste en separar el endospermo que contiene el almidón de las otras partes del grano. El trigo entero rinde más del 72% de harina blanca y el resto es un subproducto. En la molienda, el grano de trigo se somete a diversos tratamientos antes de convertirlo en harina. 22 La harina es el polvo que se obtiene de la molienda del grano de trigo maduro, entero o quebrado, limpio, sano y seco, en el que se elimina gran parte de la cascarilla (salvado) y el germen. El resto se tritura hasta obtener un grano de finura adecuada. La harina contiene entre un 65 y un 70% de almidones, además de contener otros componentes como celulosa, grasas y azúcar (CANIMOLT, 2007). El almidón es el principal componente de la harina, el efecto del almidón es de gran importancia debido a su capacidad de absorción, su viscosidad y el tamaño de los gránulos (Otto et al, 1997). La capacidad de absorción depende del tipo de trigo con el que se elabore la harina, por ejemplo los trigos blandos presentan una menor absorción debido a que producen un tipo de harina con menor cantidad de almidón dañado en comparación con el trigo duro. La harina de trigo contiene entre 8 y 14% de proteína dependiendo la variedad de trigo utilizada, el 85% de estas proteínas poseen la característica de combinarse con el agua dando lugar al denominado gluten (Rivera y Romo, 1996).. El gluten está constituido por dos grupos principales de proteínas: 1. Gluteninas, son proteínas insolubles en soluciones salinas y neutras, pero son solubles o dispersables en soluciones diluidas de ácidos o bases. Cuando se hidratan, forman una masa muy tenaz y elástica 2. Gliadinas, son proteínas solubles en etanol, y se encuentran en una proporción superior al 4%. Dan lugar a una masa más fluida, viscosa y poco elástica. Un balance adecuado de elementos elásticos y viscosos es esencial en la masa. El gluten puede ser fuerte y difícil de estirar o débil y fácil de estirar. El primero es el preferido para pan, el último para galletas. Las restantes proteínasde la harina, el 15% de las totales (dependiendo de su grado de extracción) son principalmente, albúminas y globulinas (Rivera y Romo, 1996). 23 Las cenizas en la harina están principalmente formadas por potasio, sodio, calcio y magnesio procedentes básicamente de las capas externas del grano de trigo. El contenido de cenizas de una harina de trigo galletera es menor que el contenido de cenizas de una harina de trigo panadero obtenidas por un mismo sistema de extracción (TABLA 11), de acuerdo a la norma NMX-F-007-1982 se establece que la harina utilizada para panadería debe contener un 0.55% máximo de cenizas ya que se considera que cenizas superiores a 0.7% no favorecen el desarrollo de la masa fermentada de forma natural, ya que estos minerales se incrustan en las cadenas de proteínas formando cristalizaciones, por las que puede existir pérdida de gas y su retención es menor; mientras que el contenido en harina empleada para galletas puede variar del 0.4-1% (Rivera y Romo, 1996). TABLA 11. Contenido de cenizas del grano de trigo según su grado de extracción % de extracción 75% 85% 100% % cenizas 0.5 1.0 1.5 Fuente: Pomeranz, 1978 1.2.4.5.5 CLASIFICACIÓN Y USO Para clasificar las harinas se utilizan los siguientes valores: W. Es la fuerza que tiene la harina. P/L. Índica el equilibrio de la harina y ayuda a saber qué tipo de trabajo panadero es más adecuado para cada harina. Valor P. (Tenacidad). Es la absorción que tiene la harina sobre el agua. Valor L. (Extensibilidad). Es la capacidad que tiene la harina para ser estirada cuando se mezcla con agua. La absorción es un dato de mucha importancia en panificación y depende de la calidad del gluten. Falling Number. Es para medir indirectamente la actividad alfa-amilásica existente en la harina. 24 Maltosa. Es el azúcar existente en la harina sobre el que actúa la levadura para producir gas carbónico durante el proceso de fermentación. Por consiguiente es necesario relacionar todos los valores y no limitarse a uno solo, ya que puede darse el caso de que dos harinas tengan el mismo W pero diferente P/L, y por lo tanto su comportamiento en panificación será muy distinto (Tabla 12-15). HARINA EXTRAFINA TABLA 12. Características y usos de la Harina Extrafina Características Usos W=270-330 Panes muy ricos y bollería especial. P/L=0,9-1,3 P=100-130 L=90-120 Gluten seco= 9-12% Falling Number= 320-380 seg. Índice de Maltosa= 2-2,4 Este tipo de harina requiere tener mayor fuerza y extensibilidad así como un mayor índice de maltosa. 25 HARINA FINA TABLA 13. Características y usos de la harina fina Características Usos W=180-270 Para panes especiales. Fermentación larga y proceso frío, de bollería y panadería. P/L=0,5-0,7 P=50-90 L=100-120 Gluten seco= 0,9-11.5% Falling Number= 320-380 seg. Índice de Maltosa= 1,8-2,2 Este tipo de harinas dan lugar a masas fuertes y extensibles, el contenido de gluten depende del tipo de pan que se va a realizar, también se emplean para procesos en frío. HARINA SEMIFINA TABLA 14. Características y usos de la harina semifina Características Usos W=110-180 Para procesos medios y largos de fermentación. Croissant, hojaldres y bizcochos. P/L=0,4-0,6 P=40-65 L=100-120 Gluten seco= 8-11% Falling Number= 27-330 seg. Índice de Maltosa= 1,8-2,2 Este tipo de harinas son dan masas de mediana fuerza, bastante extensibles y con gluten poco tenaz. 26 HARINAS SUAVES (GALLETERAS) TABLA 15. Características y usos de las harinas suaves (galleteras) Características Usos W=80-110 Para panificaciones muy rápidas y muy mecanizadas. Con una Fermentación máxima de 90 minutos También se pueden usar para magdalenas y otras elaboraciones abizcochadas. P/L=0,2-0,3 P=30-40 L=60-75 Gluten seco= 7-9% Falling Number= 250-300 seg. Índice de Maltosa= 1,6-1,8 Fuente: CANIMOLT, 2007. Las harinas galleteras tienen la característica de dar lugar a masas flojas, con poca fuerza y elasticidad así como un bajo índice de maltosa y gluten, ya que no requieren esponjar, ni aumentar el tamaño del producto final. De las tablas anteriores podemos resumir que en general las harinas forman masas fuertes con gran absorción y elasticidad que dan lugar a productos de panadería que requieren esponjar durante la fermentación a diferencia de las harinas galleteras que forman masas menos fuertes, elásticas y que no requieren de fermentación. Las galletas son un alimento de alto consumo en la población en general, debido a su alta disponibilidad, son fáciles de digerir y debido a que están elaboradas a partir de cereales (los cuales se deben consumir como parte de una dieta adecuada) proporcionan energía a través de los carbohidratos, también contienen vitaminas y minerales; y además, los cereales nos aportan fibra. 27 1.3 GALLETAS 1.3.1 DEFINICIÓN, ELABORACIÓN Y FUNCIÓN DE LOS INGREDIENTES En general, las galletas son los productos que se elaboran de trigo suave y se caracterizan por una fórmula alta en azúcar, grasa y relativamente baja en agua. Debido a que la diversidad de galletas es muy amplia, la Dirección General de Normas las ha definido en la norma NMX-F-006-1983 como: El producto elaborado con harinas de trigo, avena, centeno, harinas integrales, azúcares, grasa vegetal y/o aceites vegetales comestibles, agentes leudantes, sal yodatada; adicionados o no de otros ingredientes y aditivos alimenticios permitidos, los que se someten a un proceso de amasado, moldeado y horneado. Las funciones de los principales ingredientes utilizados en la elaboración de galletas se muestran en la tabla 16. TABLA 16. Principales ingredientes y funciones que se combinan para formar la galleta Ingredientes Función Harina Proporciona forma y cuerpo. En combinación con los demás ingredientes darán las características sensoriales deseadas en el producto. Agua Constituye el vehículo disolvente de algunos ingredientes. Da plasticidad a la masa. Azúcar Da características de dulzura. Tiene efecto ablandador en las proteínas de la harina. Promueve la suavidad del producto. Grasa Influye en la textura, mejora el sabor e interviene en la fineza de la miga y la corteza. Agentes leudantes Airea la pasta haciéndola ligera y porosa. Fuente: Cuahonte, 2001 28 Las condiciones de proceso más importantes son: el amasado y el horneado. En forma general el amasado es una de las variables de mayor contribución en la calidad final del producto ya que si se realiza a una baja velocidad y tiempo de amasado el esfuerzo cortante será suficiente para la incorporación de ingredientes, para que se lleve a cabo la absorción de agua y la interacción con los lípidos, sin embargo, el utilizar demasiada energía y tiempo de amasado dará como resultado una alta incorporación de aire, así como una despolimerización del almidón y modificaciones estructurales en los lípidos lo que propiciará la expansión y formación de gluten, sin embargo el tipo de impulso y tiempo de amasado dependerán en gran medida de las modificaciones en cuanto a la formulación que se realice. En el horneado se funde el azúcar, dando más fluidez a la masa, permitiendo que ésta se esponje y se expanda en todas direcciones por efecto de la gravedad hasta que la viscosidad del sistema se hace excesiva, presumiblemente como efecto de la falta de gelificación del almidón. Si esta condición no es controlada, se podrán presentar grietas en las galletas, debido a la cristalización superficial del azúcar que retendrá el agua proporcionaba moldeabilidad a la superficie, por lo tanto se secará y romperá (Manley, 1989). 1.3.1.1 AGUA Es un ingrediente particular en las masas de galletería. Es un aditivo en el sentido de quees una sustancia no nutritiva, pero es más bien un catalizador ya que permite que se produzcan cambios en otros ingredientes, tanto para formar una masa como para producir una textura rígida después de cocer. Toda el agua añadida a la masa es eliminada en el horno, pero la calidad del agua utilizada puede tener su comportamiento en la masa (Manley, 1989). 1.3.1.2 BICARBONATO DE SODIO En presencia de humedad, el bicarbonato sódico reaccionará con cualquier sustancia ácida, produciendo anhídrido carbónico, al formarse la correspondiente sal sódica y agua. En ausencia de sustancias ácidas al calentarse, el bicarbonato liberará algo del dióxido de 29 carbono y permanecerá como carbonato sódico. Como muchos ingredientes, incluyendo la harina, tienen reacción ácida, suele resultar conveniente utilizar bicarbonato sódico para ajustar el pH de la masa y de las piezas resultantes (Manley, 1989). 1.3.1.3 GRASA En las masas tiene una función de antiaglutinante y funciones de textura, de forma que las galletas resultan menos duras de lo que serían sin ellas. Durante el amasado hay una competencia por la superficie de la harina, entre la fase acuosa y la grasa. El agua o disolución azucarada, interacciona con la proteína de la harina para crear el gluten que forma una red cohesiva y extensible. Cuando algo de grasa cubre la harina, esta estructura es interrumpida y en cuanto a las propiedades comestibles, después del procesamiento, resulta menos áspera, más fragmentable y con más tendencia a deshacerse en la boca. Si el nivel de grasa es alto, la función lubricante en la masa es tan pronunciada que se necesita muy poca agua para conseguir la consistencia deseada, se forma poco gluten y el hinchamiento del almidón y la gelificación se reducen también resultando en una textura muy blanda. Cuando el nivel de azúcar es alto, la grasa se mezcla en el horno con la disolución azucarada impidiendo que se transforme en una masa vítrea y dura al enfriarse (Manley, 1989). 1.3.2 CLASIFICACIÓN La diversidad de galletas producidas es bastante amplia; varían no solamente en la fórmula, sino también en el tipo de fabricación. De acuerdo a la manera en la que se fabrican las galletas se pueden clasificar de la siguiente manera: Galleta de moldeadores – rotativos En el sistema de moldeadores rotativos, la masa con cantidad de agua limitada (20%) es forzada por un rodillo en los moldes de otro rodillo formador. Los pedazos de masa moldeados caen por simple gravedad de una banda que alimenta al homo. La consistencia 30 de la masa debe ser tal que alimentará la hendidura en su totalidad, y se pueda extraer de la cavidad sin ser deformada. Durante el cocimiento, la galleta no deberá esponjarse ni diseminarse. Cualquier movimiento deformará el diseño estético de la galleta. (Manley, 1983). Las fórmulas para las galletas de molde rotativo son caracterizadas por un contenido alto de azúcar, grasa y cantidades muy bajas de agua (<20 con base en la harina e incluyendo la humedad en la harina). La masa típica para este tipo de galletas es desmenuzable, grumosa, y rígida, virtualmente con ninguna elasticidad. La galleta no esparce durante el cocimiento a causa de su contenido bajo de agua, razón por la cual se requiere menos energía para eliminarla durante el cocimiento. Las galletas de molde rotativo son económicas para producir. (Manley, 1983). Un ejemplo son las galletas Marías. Galletas de troquelado o estampado En este sistema, la masa es progresivamente laminada con rodillos hasta lograr el grosor deseado para posteriormente ser troquelada o cortada con un sistema rotativo o de prensado que además proporciona un estampado. La masa para galletas producidas por este sistema generalmente contiene más agua que las moldeadas por el sistema de moldeado rotativo ya que generalmente es laminada hasta grosores de solamente 3 mm. Los ejemplos típicos son las galletas de animalito, jengibre, etc. El contenido de azúcar es relativamente bajo comparado con el nivel de la mayoría de las galletas. La masa se expande durante el cocimiento de este tipo de galleta. (Manley, 1983). Galletas de corte de alambre La masa de galletas formadas y cortadas con alambre tiene propiedades similares a la del sistema de troquelado, pero son formadas por medio de un extrusor y cortadas con un sistema de alambre. La masa es forzada a través de un orificio por medio de un par de rodillos. El orificio o dado de salida tiene la forma de la galleta deseada y el sistema de corte lo constituye un alambre cuya velocidad de rotación o movimiento da al grosor del pedazo de masa moldeada. Una fórmula típica, con base en el peso de la harina, puede 31 contener 50 - 75% de azúcar, 50-60% de grasa, y hasta 15% de huevo. El corte del alambre forma galletas las cuales al cocerse se esponjarán y esparcirán, pero el tamaño final de la galleta es determinado por la fórmula y la harina usada. Además de galletas comunes se les pueden adicionar chispas de chocolate, en diferentes formas o barras que pueden ser estrujadas y cortadas con el alambre (Manley, 1983). Un ejemplo de este tipo son las galletas tipo polvorón o las galletas chokis. Se elaboraron galletas por medio de moldeado rotativo, ya que este tipo de galletas son económicas de producir y de esta forma pueden estar al alcance de toda la población, además que las galletas representan un buen vehículo para mejorar la nutrición de la población, ya que al complementar el trigo con harina de amaranto resultará en un producto de mayor calidad y que además sea aceptable para el consumidor. 1.3.3 PRODUCCIÓN Y CONSUMO Las galletas son consumidas por personas de todas las edades; debido a que son un producto altamente disponible y que se puede ingerir a cualquier hora del día. En la Tabla 17 se muestran datos de consumo nacional, producción, y consumo per cápita, los cuales sustentan la aceptación de este tipo de productos. TABLA 17. Producción y consumo de galletas en México Volumen (miles de toneladas) Precio por tonelada ($USDA) Consumo Nacional 626 Producción Nacional 619 2,460 Importación 9.0 2,650 Exportación 2.0 5,967 Consumo per cápita anual 5.9 kg. Fuente: CANIMOLT, 2007 32 1.3.4 CALIDAD DE LAS GALLETAS 1.3.4.1 FACTOR GALLETERO Dentro del método se establece que la calidad de las galletas se determina tomando en cuenta el ancho (W), el grosor (T), y la proporción W/T (factor de expansión o factor galletero). Este método predice la calidad general de la harina de trigo blando para la producción de galletas y productos de pastelería contemporánea. La alta calidad de la harina de repostería se suele asociar con un mayor diámetro en las galletas. El método también es útil para evaluar otros tipos de harina, harina de varios tratamientos, y otros factores, tales como ingredientes, que afectan a la geometría (Kaldy, 1987). El método AACC 10-54D es el más empleado para evaluar las propiedades funcionales de las harinas suaves para la elaboración de galletas. Este método determina el factor galletero (altura y diámetro), siguiendo un proceso de elaboración estandarizado. Después de elaborar la masa, la misma se divide en cinco porciones las cuales se laminan bajo condiciones estandarizadas de tal manera que el grosor de la lámina sea uniforme. De cada una de las porciones se obtiene, con un molde redondo, una galleta con un diámetro de 65 mm. Posteriormente, las galletas se hornean por 11 minutos a 204°C y se dejan enfriar a temperatura ambiente. El grosor o altura promedio de las galletas se mide después de sobreponer las cinco galletas. Para medir el diámetro, promedio se sigue el procedimiento, de girar 90° cada galleta 3 veces sacando un valor promedio y sumando los 5 promedios obtenidos. La división de diámetro/altura, da por resultado el factor de expansión o factorgalletero. Las harinas con mejor funcionalidad para galletas presentan mayores valores de expansión que las harinas de inferior calidad (Domínguez, 1999). 1.3.5 VALOR NUTRITIVO Las galletas son alimentos de gran valor energético debido a su alto contenido en hidratos de carbono y grasas. Aportan una media de 450 calorías por cada 100 gramos, por lo que son un complemento adecuado de desayunos, almuerzos o meriendas, teniendo en 33 cuenta la cantidad de consumo. Su ingesta resulta adecuada como aporte energético extra en situaciones de desgaste físico que así lo requieren (Consumer Eroski, 2010). Por otra parte, debido a que las galletas son elaboradas a partir de harinas refinadas, esto las hace deficientes en nutrientes tales como proteínas, minerales y fibra; por lo tanto, complementar las galletas con harina integral de amaranto permitirá obtener alimentos de bajo costo y fisiológicamente adecuados que contengan mejores niveles de proteínas, aminoácidos, fibra y minerales necesarios para satisfacer los requerimientos nutricionales de la población en general. 34 II. DESARROLLO EXPERIMENTAL 2.1 OBJETIVOS 2.1.1 OBJETIVO GENERAL Desarrollar una formulación para la elaboración de una galleta que tenga como uno de sus ingredientes principales harina de amaranto para que mejore su calidad nutrimental. 2.1.2 OBJETIVOS PARTICULARES 1. Determinar la composición de la harina de amaranto y trigo que se utilizarán como materias primas mediante un análisis químico proximal. 2. Evaluar diferentes formulaciones con mezclas de harinas de amaranto y trigo por medio de pruebas reológicas y calidad galletera para elegir la mejor. 3. Evaluar la calidad nutrimental de las galletas elaboradas con la formulación escogida del objetivo anterior mediante su perfil de aminoácidos. 4. Evaluar las galletas elaboradas con la formulación escogida por medio de una prueba sensorial de nivel de agrado para determinar la aceptación del consumidor. 35 2.2 MATERIALES Y MÉTODOS 2.2.1. MATERIAL BIOLÓGICO Se utilizó amaranto especie Amaranthus hypochondriacus, variedad Tulyehualco cosecha 2010; comprado en Santiago Tulyehualco. También se utilizó harina de trigo comercial marca Selecta®. 2.2.2 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA El grano de amaranto fue sometido a molienda en un molino de martillos marca Pertner Laboratory Mill 3100, que cuenta con una criba 120 serie Tyler. La muestra molida se conservó a 4°C hasta su uso. Figura 7. Molino Pertner Laboratory Mill 3100 2.2.3 ANÁLISIS QUÍMICO PROXIMAL Se realizó un Análisis Químico Proximal a las materias primas, harina de amaranto y harina de trigo, a las cuales se les aplicaron las siguientes pruebas: humedad, cenizas, lípidos, proteína y fibra de acuerdo a los métodos propuestos por la AOAC (2000) y carbohidratos por diferencia. 36 2.2.3.1 DETERMINACIÓN DE HUMEDAD Se determinó el contenido de humedad por el método de secado por estufa; el cuál se basa en la pérdida de peso de la muestra por evaporación del agua. El resultado se expresó como porcentaje de humedad. Donde: w1= Peso de la muestra (g) w2= Peso de la muestra húmeda (g) w3= Peso de la muestra seca (g) 2.2.3.2 DETERMINACIÓN DE EXTRACTO ETÉREO El contenido de grasa se determinó por el método Soxhlet; el cual consiste en una extracción semicontinua con un disolvente orgánico, el disolvente se calienta, se volatiliza y condensa goteando sobre la muestra la cual queda sumergida en el disolvente. El contenido de grasa se cuantifica por diferencia de peso. El resultado se expresó como porcentaje de grasa extraíble. Donde: W1= peso de la muestra (g) antes de la desecación W2= peso del matraz sin grasa (g) W3= peso del matraz con grasa (g) 2.2.3.3 DETERMINACIÓN DE PROTEÍNA Se determinó el contenido de proteína por el método de micro-Kjeldahl; el cual se basa en la determinación de la cantidad de nitrógeno orgánico contenido en la muestra y comprende dos etapas: 37 a) La hidrólisis de la materia orgánica bajo calentamiento en presencia de ácido sulfúrico concentrado. b) La cuantificación de la cantidad de amoniaco obtenida de la muestra Donde: V1= Volumen de HCl gastado en la muestra (ml) V2= Volumen de HCl gastado en el blanco (ml) N= Normalidad del HCl W= Peso de la muestra (g) F= Factor de conversión de nitrógeno a proteína (Amaranto: 5.87; Trigo: 5.7) 2.2.3.4 DETERMINACIÓN DE FIBRA CRUDA La determinación de fibra se hizo mediante el método de Wendee, el cual establece qué la fibra cruda es la pérdida de masa que corresponde a la incineración del residuo orgánico que queda después de la digestión con soluciones de ácido sulfúrico e hidróxido de sodio en condiciones especÍficas. El resultado se expresó como % de fibra cruda. Donde: W1 = Peso del papel filtro a 130° (g) W2 = Peso del papel filtro con residuos secos a 130° (g) W3 = Peso del crisol vacio (g) W4 = Peso del crisol después de la incineración (g) W5= Peso de la muestra previamente desengrasada (g) 38 2.2.3.5 DETERMINACIÓN DE CENIZAS El contenido de cenizas totales se determinó por incineración, en este método se obtiene el residuo inorgánico resultante de la calcinación e incineración de la materia orgánica a 530 °C. El resultado se expresó como porcentaje de cenizas totales. Donde: W1= Peso de la muestra (g) W2= Peso del crisol sin muestra (g) W3= Peso del crisol con las cenizas (g) 2.2.3.6 DETERMINACIÓN DE CARBOHIDRATOS El contenido de carbohidratos se determinó por diferencia. 2.2.4 ELABORACIÓN DE GALLETAS Método de moldeado rotativo. Para elaborar las galletas, se utilizaron las siguientes formulaciones: Formulación % Amaranto (p/p) % Trigo (p/p) 1 100 - 2 90 10 3 80 20 4 70 30 39 Una vez obtenidas las mezclas de harinas con las formulaciones propuestas, se usaron los siguientes ingredientes en los porcentajes señalados a continuación: % Mezcla de harina 47.85 Crema 40.79 Alta fructosa 0.72 Bicarbonato 0.12 Agua 10.53 Una vez pesados los ingredientes, se estableció el siguiente procedimiento: Diagrama de elaboración de galletas Gruma ® 40 Para llevar a cabo los mezclados se utilizó un micro mezclador cookie test marca National Manufacturing Company, en el cual primero se mezcló el agua, con el jarabe de alta fructosa y el bicarbonato, dicha mezcla se agregó a la crema y se procedió a mezclarlo todo por 1 minuto. Una vez mezclados dichos ingredientes se procedió a agregar la harina y se mezcló por 30 segundos. Figura 8. Cookie Test Una vez obtenida la masa se colocó en una charola metálica, para después laminar y cortar al tamaño deseado. Posteriormente se hornearon las galletas a una temperatura de 204°C por 11 minutos en un horno de columpio. Figura 9. Horno de columpio 2.2.5 PRUEBAS DE CALIDAD DE LAS HARINAS 2.2.5.1 PRUEBAS REOLÓGICAS A continuación se presentan los procedimientos utilizados y los parámetros evaluados durante las determinaciones reológicas realizadas a las harinas. 41 2.2.5.1.1 FARINÓGRAFO Se determinó el tiempo de desarrollo (min), tiempo de ruptura (min), absorción de agua (%), estabilidad (min), índice de tolerancia al amasado (FU) y la consistencia (FU) utilizando un farinógrafo–E Brabender (Figura 10). Figura 10. Farinógrafo-E Brabender DEFINICIONES · Absorción de agua (de una harina): Volumen de agua necesario para obtener, en el farinógrafo, una masa con una consistencia máxima de 500 UF (Unidades Farinográficas). Se expresa en mililitros por 100 g de harina, con un contenido de humedad de 14 g /100 g. ·Consistencia: La resistencia de una masa a ser amasada en el farinógrafo a una velocidad constante establecida. Se expresa en unidades arbitrarias (Unidades Farinográficas o UF). · Curva de absorción: Curva obtenida en el farinógrafo, previamente a la normal, con el fin de determinar la cantidad de agua que necesita absorber la harina para que se obtenga en el farinógrafo una masa de una consistencia de 500 UF ± 20 UF, es decir que pase por el centro de la porción de la curva que tiene pendiente cero, la línea de 500 UF. · Curva normal o farinograma: Curva obtenida en el farinógrafo al agregar, de una sola vez, la cantidad de agua determinada en la curva de absorción a la cantidad de harina especificada. Incluye el tramo de la curva obtenido durante 12 minutos, luego que comienza a disminuir la consistencia de la masa. 42 · Tiempo de desarrollo de la masa: Tiempo transcurrido entre el instante en que comienza el agregado de agua y el instante en que se alcanza la consistencia máxima. Se expresa en minutos. · Estabilidad: Diferencia de tiempo entre el punto en que la parte superior de la curva alcanza, por primera vez, la línea de 500 UF y el punto en que la deja. Se expresa en minutos, con aproximación de 0,5 minutos. · Aflojamiento de la masa: Diferencia entre el centro de la curva en el punto en que comienza la declinación y el centro de la curva 12 minutos después de éste. Se expresa en Unidades Farinográficas. Si aparecen 2 picos se considera a partir del segundo. · Unidad Farinográfica (UF): Corresponde a un momento de torsión de 100 g x cm, medido en el eje de la amasadora Para poder llevar a cabo la prueba, es necesario determinar el contenido de humedad, ya que ésta influye en la capacidad de absorción de agua de la harina. El contenido de humedad se determinó por el método de secado por estufa, utilizando la estufa Brabender MT-C por 1 hora, agregando aproximadamente 10 gramos de la muestra a analizar. Una vez conocida la humedad de la harina, introducir el dato en el programa del control del farinógrafo, el cuál indicara la cantidad de harina que se debe agregar a la mezcladora (300g aproximadamente). Agregar la harina y encender el equipo; cuando la gráfica se aproxime a un minuto se añade el porcentaje de agua requerido de acuerdo a su absorción, el agua debe estar a una temperatura de 30±0.2 °C con ayuda de una bureta. Cuando la masa se empiece a formar, se debe retirar de las paredes de la mezcladora la masa pegada, introduciendo por los espacios de la cubierta de la mezcladora una espátula de plástico. Observando el farinograma y de acuerdo a la curva que se forma se puede agregar más agua para que la curva alcance las 500 unidades farinográficas UF. Una vez terminada la prueba que tiene una duración de 12 minutos, se procede a limpiar la mezcladora. 43 2.2.5.1.2 ALVEÓGRAFO Se utilizó un alveógrafo Chopin , el cual determina el parámetro fuerza (W), la tenacidad de la harina (P) la extensibilidad de la masa (G) y con estos datos calcula el índice de elasticidad (P/G). Este alveógrafo se compone de tres elementos (figura 11): la mezcladora para la preparación de masa, la cámara de fermentación y la registradora de la curva (Alveolink). Figura 11. Alveógrafo Chopin La temperatura de la mezcladora y del alveógrafo debe estar a 24±0.2°C. Se debe conocer el contenido de humedad de la harina a analizar y según sea éste se le agrega una solución salina (cloruro de sodio al 2.5%), de acuerdo a una relación establecida, en la cual mientras menor sea la humedad de la harina se agrega mayor cantidad de solución salina. Para operar el instrumento se pesan 250 gramos de harina y se colocan en la mezcladora. Se adiciona la solución salina con ayuda de una bureta. Después de mezclar un minuto, se detiene el motor y se separa con una espátula la masa que esté pegada en las paredes de la mezcladora. Se vuelve a encender y se mezcla por 6 minutos más. Después de este tiempo se detiene la mezcladora, se abre la compuerta de extrusión y se recibe la muestra en un pequeño plato. Se obtienen 5 pedazos y se hace pasar un rodillo por encima de estos. Una vez uniformado el grosor de las muestras se cortan con ayuda de un cortador circular, se colocan los cinco pedazos en la cámara de fermentación del alveógrafo y se deja reposar durante 28 minutos. 44 Transcurrido el tiempo se coloca la primera muestra en el plato para la formación de la burbuja. Se abre la válvula hidrostática y se deja pasar aire hasta que reviente la burbuja; se repite para todas las muestras. Al momento de abrir la válvula hidrostática, la registradora dibuja la gráfica conforme la deformación de la burbuja y los valores obtenidos. Una vez dibujadas las cinco gráficas junto con los valores de los parámetros establecidos, se obtiene la media de estas y se procede al cálculo de fuerza e índice de elasticidad. 2.2.6 PRUEBAS DE CALIDAD DE LAS GALLETAS 2.2.6.1 FACTOR GALLETERO Se determinó el diámetro, altura y factor galletero de acuerdo a lo establecido en el método AACC 10-50.05 (AACC, 2005), el procedimiento se describe a continuación. Una vez elaboradas las galletas, se dejaron enfriar 15 minutos. Posteriormente con ayuda de un vernier digital se midió la altura y diámetro de las galletas en 5 puntos diferentes. Con los datos obtenidos se obtuvo el promedio de diámetro y altura, siendo la relación de estos dos parámetros el factor galletero. 2.2.7 DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD NUTRIMENTAL DE LA GALLETA 2.2.7.1 DETERMINACIÓN DE TRIPTÓFANO El triptófano se determinó por un método colorimétrico, de acuerdo a lo propuesto por Roa et al., (1974). Para la determinación del contenido de triptófano de las proteínas, las alícuotas que contienen cantidades conocidas de proteínas se dispersa en un matraz Erlenmeyer junto con 1ml 5M de NaOH. Los matraces fueron sellados e incubados a 110 ° C durante 18 hr. El contenido de triptófano de los hidrolizados alcalinos se determinaron colorimétricamente por el método de Spies y Cámaras, modificado por Rama Rao et al. El contenido de triptófano fue expresado como g/100g de proteína y fue comparado con el patrón de referencia de la FAO/WHO (1991). El cálculo de triptófano se calcula como a continuación se describe: 45 2.2.7.2 PRUEBA DE PERFIL DE AMINOÁCIDOS Se realizó mediante cromatografía de líquidos de alta resolución (HPLC) basándose en lo propuesto por Vázquez-Ortiz et al., (1995). 2.2.7.3 ANÁLISIS QUÍMICO PROXIMAL Se realizó un Análisis Químico Proximal a la galleta elaborada con la formulación escogida, a la cual se le aplicaron las mismas pruebas que a la materia prima. 2.2.8 EVALUACIÓN SENSORIAL Se realizó una prueba sensorial de nivel de agrado, a la galleta elaborada con la mejor formulación. La cual se eligió mediante los resultados de las pruebas reológicas y de calidad galletera. Se utilizó una escala no estructurada (llamada hedónica), sin mayores descriptores que los extremos de la escala, en los cuales se puntualiza las características de agrado. Esta escala debe contar con un indicador del punto medio, a fin de facilitar al juez consumidor la localización en un punto de indiferencia a la muestra. Dicha prueba se llevó a cabo con 100 jueces no entrenados, pidiéndoles que probaran la galleta y marcaran sobre una escala no estructurada su nivel de agrado (anexo 7) 2.2.9 ANÁLISIS ESTADÍSTICO Todas las pruebas se realizaron por triplicado, obteniendo promedio, desviación estándar y coeficiente de variación. Para el análisis de los promedios se utilizó la prueba de rango múltiple t- student. 46 III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1 ANÁLISIS QUÍMICO PROXIMAL DE LA MATERIA PRIMA Se analizó la materia prima, harina de amaranto y trigo,
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