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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA Efecto de la adición de la larva de Tenebrio molitor (gusano amarillo de las harinas), Salvia hispanica L. (Chía) y Chenopodium quinoa Willdenow (Quinoa) sobre la composición química y características sensoriales en la elaboración de helado TESIS MANCOMUNADA QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE QUÍMICA(S) DE ALIMENTOS PRESENTAN: ANA GABRIELA HERNÁNDEZ TOXQUI JAZMÍN RAMÍREZ RAMÍREZ MÉXICO, CDMX. 2019 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. JURADO ASIGNADO: PRESIDENTE: Profesor: Amelia María de Guadalupe Farrés González Sarabia VOCAL: Profesor: Juan Carlos Ramírez Orejel SECRETARIO: Profesor: José Moisés Talamantes Gómez 1er. SUPLENTE: Profesor: José Luis Godínez Rodríguez 2° SUPLENTE: Profesor: Janeli Solís Garfias SITIO DONDE SE DESARROLLÓ EL TEMA: LABORATORIO DE BROMATOLOGÍA II DEL DEPARTAMENTO DE NUTRICIÓN ANIMAL Y BIOQUÍMICA DE LA FACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA, UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO ASESOR DEL TEMA: JOSÉ MOISES TALAMANTES GÓMEZ _____________________________ SUPERVISOR TÉCNICO: MPA. SERGIO C. ÁNGELES CAMPOS _____________________________ SUSTENTANTE (S): ANA GABRIELA HERNÁNDEZ TOXQUI _____________________________ JAZMÍN RAMÍREZ RAMÍREZ _____________________________ Índice Resumen ........................................................................................................................................ 1 Introducción................................................................................................................................... 2 Justificación: .................................................................................................................................. 3 Objetivo General. ........................................................................................................................... 4 Objetivos Particulares .................................................................................................................... 4 Hipótesis ........................................................................................................................................ 5 Capítulo 1. Marco Teórico ........................................................................................................ 6 1.1 Helado ............................................................................................................................ 6 1.1.1 Historia ................................................................................................................... 7 1.1.2 Ingredientes ............................................................................................................ 7 1.1.3 Estructura ............................................................................................................. 11 1.1.4 Avances en el desarrollo de nuevos productos ....................................................... 11 1.2 Tenebrio molitor ........................................................................................................... 15 1.2.1 Composición ......................................................................................................... 17 1.3 Quinoa.......................................................................................................................... 22 1.3.1 Composición química............................................................................................ 22 1.3.2 Aplicaciones y nuevos productos........................................................................... 24 1.4 Chía.............................................................................................................................. 25 1.4.1 Composición química............................................................................................ 25 1.4.2 Aplicaciones y nuevos productos........................................................................... 27 1.5 Antioxidantes ............................................................................................................... 28 1.5.1 Quinoa .................................................................................................................. 29 1.5.2 Chía ...................................................................................................................... 29 1.5.3 Antocianinas ......................................................................................................... 30 Capítulo 2. Metodología .......................................................................................................... 32 2.1 Primera etapa: Recepción de materia prima ................................................................... 33 2.2 Segunda etapa: Desarrollo de formulaciones de helado ................................................. 34 2.2.1 Elaboración de Helado .......................................................................................... 35 2.3 Tercera etapa: Análisis Fisicoquímico de los helados .................................................... 36 2.3.1 Cuantificación de ácidos grasos ............................................................................. 37 2.3.2 Cuantificación de vitaminas liposolubles ............................................................... 37 2.3.3 Cuantificación de vitaminas hidrosolubles ............................................................. 38 2.3.4 Cuantificación de cianidina ................................................................................... 38 2.4 Cuarta etapa: Evaluación Sensorial ............................................................................... 38 Capítulo 3. Resultados y discusión .......................................................................................... 39 3.1 Análisis Químico Proximal ........................................................................................... 39 3.1.1 Lípidos ................................................................................................................. 40 3.1.2 Proteína ................................................................................................................ 44 3.1.3 Carbohidratos ....................................................................................................... 46 3.1.4 Azúcares reductores .............................................................................................. 46 3.1.5 Fibra dietética total ............................................................................................... 47 3.1.6 Cenizas. ................................................................................................................ 48 3.2 Perfil de minerales ........................................................................................................ 48 3.2.1 Calcio (Ca) ........................................................................................................... 49 3.2.2 Fosforo (P) ............................................................................................................50 3.2.3 Sodio (Na) ............................................................................................................ 51 3.2.4 Potasio (K) ............................................................................................................ 51 3.2.5 Magnesio (Mg) ..................................................................................................... 52 3.2.6 Hierro (Fe) ............................................................................................................ 53 3.3 Vitaminas ..................................................................................................................... 53 3.3.1 Vitaminas liposolubles .......................................................................................... 54 3.3.2 Vitaminas hidrosolubles ........................................................................................ 57 3.4 Antocianinas ................................................................................................................. 62 3.5 Análisis sensorial .......................................................................................................... 65 Conclusiones ............................................................................................................................... 72 Anexos ........................................................................................................................................ 74 Bibliografía .................................................................................................................................. 85 1 Resumen El objetivo de este proyecto fue la elaboración de un helado al cual se le incorporó una larva de un insecto (Tenebrio molitor), una semilla (Salvia hispanica L.) y un pseudocereal (Chenopodium quinoa willdenow) con la finalidad de incrementar los macro y micronutrientes para que dicho producto sirva de complemento a la dieta. Se elaboraron seis formulaciones de helado de fresa con arándano (H) adicionados con Tenebrio molitor (T), chía (C), quínoa (Q) y combinación entre ellas (H, HT, HTC, HTQ, HC, HQ). Posteriormente se realizó un análisis químico proximal, determinación de minerales, ácidos grasos, vitaminas y cuantificación de un antioxidante (cianidina). Se utilizó a H como formulación control para evaluar si existía diferencia significativa de los nutrimentos, por medio de una prueba de Dunnett con un alfa de 0.05%. Asimismo, se realizó una prueba sensorial de nivel de agrado con las formulaciones adicionadas con la larva de insecto para determinar la aceptación de los productos. Las cinco formulaciones a las que se les agregó ingredientes extras mostraron aumentos significativos en los macro y microcomponentes analizados en comparación con la formulación control. Se obtuvieron incrementos de hasta el 62% de contenido lipídico, del cual, del 30 al 35% fueron ácidos grasos insaturados en la formulación de helado Tenebrio/chía; un 64% de fibra dietética en el helado chía, mientras que en el helado de Tenebrio molitor se obtuvo un incremento del 41% en contenido proteínico. Así mismo, se cuantificó un enriquecimiento de vitaminas y minerales en los productos elaborados y se observó un efecto sinérgico entre la larva de Tenebrio molitor y la chía, que logran que su inclusión en el helado incremente significativamente el aporte de cada una de ellas, aumentando el valor nutritivo del producto. En la cuantificación de cianidina se encontró que las formulaciones a las que se les añadió la chía tuvieron un incremento de hasta el 47% de esta antocianina versus el helado control. Como resultado de las pruebas de agrado, los panelistas no entrenados aceptaron los productos, sin embargo, el helado control fue el que gusto más, seguido del helado adicionado con Tenebrio molitor, mientras que el de menor agrado fue el helado Tenebrio/Quinoa, ya que la semilla modificó la textura del helado provocando una sensación de desagrado al ser consumido. 2 Introducción En la actualidad la industria alimentaria tiene el nuevo e importante desafío de desarrollar productos con valor nutricional, orientados a la prevención de enfermedades, pero, al mismo tiempo, acordes con el gusto de los consumidores (INHA, 2009). A comienzos del siglo XXI, la ciencia atiende una nueva perspectiva y plantea el estudio de la promoción de salud a través de la alimentación con horizontes más amplios. Así nace el concepto de “alimento funcional” (Juárez, Olano & Morais, 2005). Los alimentos funcionales se definen como los alimentos y componentes alimentarios que, tomados como parte de la dieta, proporcionan beneficios más allá de los valores nutricionales tradicionales, bien sea mejorando una función del organismo o reduciendo el riesgo de una enfermedad. Dentro de los muchos alimentos funcionales, una de las áreas de mayor interés se relaciona con los productos lácteos, (CANILEC, 2011). Uno de los productos alimentarios, catalogado como postre, más importantes a nivel mundial es el helado, el cual es descrito como una mezcla parcialmente congelada, que contiene principalmente agua, crema y azúcar. A nivel mundial, la producción de helado en 2010 fue de 16.300 millones de litros, frente a los 15.300 millones de litros en 2006; el mayor productor fue EUA, seguido de China, Japón, Alemania e Italia. El consumo global per cápita de helados y productos relacionados indica que, en 2010 Australia ocupaba el primer lugar con 17.9 L, seguido de Nueva Zelanda con 15.8 L, EUA con 14.2 L y Finlandia con 12.5 L (Goff & Hartel, 2013). A nivel nacional, el consumo de helado está por debajo de los países antes mencionados, sin embargo, se espera que este sector registre un crecimiento de 4.67% entre 2017 y 2021 (Anónimo, 2018). Durante 2017 Unilever se posicionó como líder en el mercado, con una participación de 48% en términos de valor económico, gracias a las marcas Holanda, Magnum, Cornetto y Ben & Jerry's; mientras que Herdez se ubica en segundo lugar con el 27%, sumando las marcas de Nestlé y Nutrisa. Aunque el helado comercial tiene una amplia distribución a través de las principales cadenas de hipermercado, supermercados y tiendas de descuento, los minoristas o artesanales superan a las presentaciones comerciales, debido a que una porción individual implica un costo menor por única vez que la compra de presentaciones a granel y multipack (Euromonitor, 2017). Como ya se mencionó, se espera que las ventas de helados y productos congelados se vaya al alza por lo cual, las empresas tienen como prioridad la innovación. 3 La conciencia que relaciona salud y alimentación ha influido en las nuevas demandas del consumidor respecto a los helados. En general el consumidor exige menores niveles de grasa y calorías; a este dato, Technavio en 2016 añade la tendencia que apuesta por un uso funcional de los ingredientes. Algunos ejemplos de la innovación en este sentido los encontramos en: la gama de helados que añaden Stevia orgánica, helados libres de proteína A1, de bajo índice glucémico, o helados que evitan la proteína láctea, así como los que buscan sustituirla por ingredientes de origen vegetal como verduras, avena o soya ( Martínez, 2016). Justificación: Estudios recientes utilizan diferentes terminologías para el concepto de golosina, sin embargo, se llega a la conclusión de que son alimentos industriales, nutricionalmente desbalanceados y con alto contenido de carbohidratos, lípidos o sal. También son considerados alimentos “densos en energía y pobres en nutrientes” (Jackson et al., 2004). El consumo de golosinas no es recomendado debido a su alto contenido de azúcares, que es asociado a problemas de salud. Hoy en día, las tendencias hacia una alimentación saludable buscan la reducción de “alimentos chatarra” y de alto valorcalórico (Pérez et al., 2012), lo cual ha generado una oportunidad en la industria para que las golosinas no sean vistas como alimentos poco saludables, sino que además de dar satisfacción al consumirlas, aporten nutrimentos que puedan llegar a complementar a la dieta. Nutricionalmente hablando, los helados han sido considerados durante mucho tiempo como alimentos de poco valor, sin embargo recientemente se dio a conocer que los helados elaborados a base de leche y el uso de fruta tienen un valor nutrimental significativo, debido principalmente, a su aporte en proteínas de alto valor biológico (destacando el aporte de lisina, aminoácido limitante de muchas proteínas) y calcio altamente biodisponible (González, 2007). Con base en lo anterior, este proyecto pretende elaborar un helado funcional con ingredientes de origen natural y posteriormente realzar su valor nutritivo. Además, servirá como vehículo de ingredientes que no son comúnmente incluidos en la dieta, tales como insectos, semillas y cereales. Lo cual dará como resultado una variedad de productos que complementen la dieta y satisfagan sensorialmente la necesidad del consumidor ofreciendo un postre saludable. 4 Objetivo General. Desarrollar un helado funcional sabor fresa con arándano para conocer el efecto de la adición de Tenebrio molitor, chía y/o quinoa sobre la composición química a través de un análisis químico, analítico y sensorial. Objetivos Particulares Elaborar una formulación base para helado que cumpla con las especificaciones fisicoquímicas descritas en la NMX-F-714-COFOCALEC-2012. Elaborar seis formulaciones de helado, variando la incorporación de Tenebrio molitor, chía y quinoa sin afectar las características organolépticas del producto y lograr un incremento de nutrientes. Evaluar el efecto de la inclusión de la larva de insecto, la chía y la quinoa en la composición de los principales nutrimentos presentes en los helados por medio de un análisis químico proximal y determinar qué formulación muestra un mayor aporte de los mismos. Caracterizar el tipo de ácidos grasos presentes en cada formulación por medio de Cromatografía de Gases-FID y determinar qué formulación presenta el mayor aporte de ácidos grasos insaturados. Cuantificar cloruro de cianidina, vitaminas liposolubles e hidrosolubles por HPLC y determinar que ingrediente es el de mayor aporte, y cuál formulación es la que presenta la mayor contribución. Determinar la contribución nutrimental de macro y micronutrientes de los helados obtenidos en la Ingesta Diaria Recomendada (IDR) para la población mexicana, según la Norma Oficial Mexicana NOM-051-SCFI/SSA1-2010. Realizar un análisis sensorial para determinar la aceptabilidad de los productos elaborados. 5 Hipótesis Los macrocomponentes del helado se incrementarán por la adición del Tenebrio molitor, la chía y la quinoa en las diferentes formulaciones, lo que permitirá cubrir en mayor medida un porcentaje de la Ingesta Diaria Recomendada para la población mexicana. El enriquecimiento de vitaminas, minerales, antioxidantes y ácidos grasos insaturados se logrará por los ingredientes incorporados a la formulación base de un helado de leche, lo cual contribuirá a cumplir la Ingesta Diaria Recomendada para la población mexicana. 6 Capítulo 1. Marco Teórico 1.1 Helado La definición de helado según la regulación mexicana menciona lo siguiente: El helado es un alimento producido mediante la congelación con o sin agitación de una mezcla pasteurizada compuesta por una combinación de ingredientes lácteos pudiendo contener grasas vegetales, frutas, huevo y sus derivados, saborizantes, edulcorantes y otros aditivos; cuando está empalillado se nombrará paleta. (NORMA Oficial Mexicana NOM-243-SSA1-2010, 2012). La clasifiación de los helados se basa en los ingredientes empleados durante la elaboración, las distintas denominaciones se muestran en la Tabla 1-1. Tabla 1-1 Denominación de variedad de helados en México (NMX-F-714-COFOCALEC-2012, 2014) Denominación Descripción Helado de crema de leche Producto que, conforme con la definición general de helado, es elaborado a base de crema de leche, leche y/o sólidos de leche, solo contiene grasa butírica. Helado de leche Producto que, conforme con la definición general de helado, es elaborado a base de leche y/o sólidos de leche, solo contiene grasa butírica. Helado con grasa vegetal Producto que, conforme con la definición general de helado, es elaborado a base de leche y/o sólidos de leche, contiene grasa vegetal. Helado de yogurt Producto que, conforme con la definición general de helado, es elaborado a base de yoghurt, solo contiene grasa butírica. Helado con yogurt Producto que conforme con la definición general de helado, es elaborado a base de leche, contiene yoghurt, puede contener grasa butírica y grasa vegetal. Helado de leche acidificado Producto que conforme con la definición general de helado, es elaborado a base de leche (entera, parcialmente descremada o descremada), acidificada con acidulantes, puede contener grasa butírica y grasa vegetal. Nieve o sorbete Producto obtenido por batido y congelado de mezclas líquidas pasteurizadas, constituidas fundamentalmente por agua, edulcorantes, frutas, concentrados naturales o artificiales, pueden o no contener leche, otros ingredientes y aditivos alimentarios permitidos, 7 1.1.1 Historia El helado como lo reconocemos hoy en día ha existido por lo menos 300 años, aunque sus orígenes probablemente datan mucho más atrás. La historia del helado está llena de mitos, que tienen poca evidencia real. Comienza con el emperador romano Nerón (37-68 dC) quién se dice que comío fruta fría con nieve traídos de las montañas por los esclavos. En otros lugares, caballeros de Mongolia tienen fama de haber inventado el helado, tomaban crema en recipientes hechos de intestinos de animales como provisiones para viajes largos a través del desierto de Gobi en invierno. Mientras galopaban, la crema era agitada vigorosamente, mientras que la temperatura bajo cero lo hizo congelar simultáneamente. La expansión del imperio mongol difundió esta idea a través de China, y de donde Marco Polo supuestamente trajo la idea de Italia, cuando volvió de sus viajes en 1296. Se ha afirmado que el helado fue introducido en Francia desde Italia cuando Catalina de Médicis de 14 años estaba casada con el duque de Orleans (más tarde Henri II De Francia) en 1533. Su séquito comprendia a los chefs italianos que trajeron la receta para el helado, dicho secreto se mantuvo por años. Tan precioso era que Carlos I de Inglaterra ofreció a su chef francés una pensión de €500 por año para mantener su receta secreta. Sin embargo, la investigación histórica ha encontrado poca evidencia de estas historias (Clarke, 2004; History Magazine, 2011). 1.1.2 Ingredientes Para fabricar helados de alta calidad es esencial tener ingredientes de excelencia, una mezcla que esté formulada y equilibrada para proporcionar una función adecuada entre cada ingrediente y así obtener las propiedades organolépticas que sean de agrado para el consumidor. Todo esto será factor en las propiedades fisicoquímicas del producto. 1.1.2.1 Leche Se define como la secreción natural de la glándula mamaria de las vacas sanas o de cualquier otra especie mamífera, excluido el calostro. La leche destinada para consumo humano debe ser sometida a tratamientos térmicos u otros procesos que garanticen la inocuidad del producto; además puede ser sometida a procesos tales como clarificación, homogeneización, estandarización u otras, siempre y cuando no contaminen al producto y cumpla con las especificaciones de su denominación (NOM- 243-SSA1-2010,2012; NOM-155-SCFI-2012, 2013). La leche es un buen alimento debido a la alta calidad de sus proteínas, de acuerdo con su estado de dispersión, éstas han sido divididas en dos grandes grupos: las caseínas, que representan 80% del total, y las proteínas del suero o seroproteínas, con el 20% restante (Badui, 2006). 8 La mezcla de helado contiene caseínas y proteínas de suero en una proporción que depende de las fuentes lácteas utilizadas en la formulación. Las caseínas se encuentran en forma micelar con un tamaño medio de aproximadamente 0.3-0.4 µm, mientras que las proteínas de suero se disuelven en la fase acuosa / suero. Los diversos estabilizantes (proteínas y gomas) utilizados en el helado tienen estructura y orientación que depende de la naturaleza de la molécula y de sus interacciones con los otros componentes del helado. Algunos pueden formar un gel débil mientras que otros permanecen disueltos en la fase acuosa. Las interacciones entre estabilizantes y proteínas lácteas también pueden afectar en gran medida las características físico-químicas y sensoriales del helado, particularmente cuando se someten a separación de fases termodinámicas (Goff & Hartel, 2013). Las proteínas contribuyen mucho al desarrollo de la estructura en el helado, ya que las propiedades de emulsificación, espumado y capacidad de retención de agua ayudan a la estabilidad estructural del helado. Las propiedades de emulsificación de las proteínas en la mezcla surgen de la adsorción de los glóbulos de grasa en el momento de la homogeneización. La propiedad de espumado en el helado contribuye a la formación de la burbuja de aire en la mezcla y la capacidad de retención de agua de las proteínas conduce a reducir la viscosidad lo que imparte cuerpo al helado (Goff, 1997). 1.1.2.2 Crema Según la regulación mexicana la crema es “el producto terminado en el que se ha reunido una fracción determinada de grasa y sólidos no grasos de la leche, ya sea por reposo, por centrifugación o reconstitución sometida a pasteurización y cualquier otro tratamiento térmico que asegure su inocuidad” (Norma Oficial Mexicana NOM-243-SSA1-2010, 2012). La crema es la encargada de aportar grasa butírica, la cual contribuye a las propiedades organolépticas del helado. Las principales características que aporta son sabor y textura, así como propiedades de fusión deseables durante el consumo. El uso excesivo de grasa influye en el aumento de costo, dificultad en la capacidad de batido y disminuye el consumo del producto por alto valor calórico. Durante la congelación del helado, la grasa permanece estable formando una emulsión, la cual se puede ver desestabilizada por la incorporación de aire, la cristalización del hielo y la fuerza del batido durante la congelación (Goff & Hartel, 2013). 9 1.1.2.3 Azúcares Los azúcares presentes en el helado son diversos, como la glucosa, fructosa (azúcares de la fruta), sacarosa (azúcar añadida a la formulación), así como lactosa (azúcar de la leche). Los azúcares tienen dos funciones principales. La primera es proporcionar el dulzor al helado, la segunda es controlar la cantidad y tamaño del cristal de hielo presentes en el helado y con la velocidad de nucleación, que va a interferir en la suavidad (cuanto mayor sea el contenido de hielo, más duro será el helado). Los azúcares disminuyen el punto de congelación de las soluciones, por lo tanto, reduce la cantidad de hielo presente, que va afectar la textura y viscosidad de la matriz. Un aumento en contenido de azúcar del 12% al 18% disminuye el tamaño del cristal de hielo en un 25% aproximadamente, así lo reportan Fiol, Prado & Romeroa (2017). El alto peso molecular de los azúcares provoca un aumento de la viscosidad del helado (Clarke, 2004). 1.1.2.4 Estabilizantes Son productos con una “alta capacidad de retención de agua, generalmente hacen referencia a la cantidad de agua que una proteína o un carbohidrato puede retener sin que haya liberación del líquido”, formando estructuras que modifican las propiedades físicas de los alimentos en los que se incorporan (Badui, 2006). Los estabilizantes utilizados en la formulación de helado son polisacáridos en su mayor parte. Su principal función es aumentar la viscosidad de la base del helado. El polímero aumenta la viscosidad de la mezcla a bajas concentraciones, y por encima de una cierta concentración, la viscosidad aumenta rápidamente y puede llegar a formar un gel (Clarke, 2004). Los estabilizantes más utilizados en este tipo de alimentos son: - Celulosa “Es un homopolisacárido lineal de unidades de D-glucopiranosas, los monómeros se unen mediante enlaces glucosídicos β (1,4); de alto peso molecular, su alta resistencia mecánica y química se debe a que sus cadenas paralelas se alinean sobre un eje longitudinal y establecen un gran número de puentes de hidrógeno intermoleculares, lo que da origen a microfibrillas altamente estructuradas. Se emplean diversos derivados, principalmente la carboximetilcelulosa (CMC), que se fabrica haciendo reaccionar en un tanque con agitación la celulosa del algodón con hidróxido de sodio y ácido monocloracético. El derivado obtenido se neutraliza y se seca, y el exceso de sales se elimina mediante una extracción con alcohol-agua, presenta propiedades funcionales de interés en la industria de alimentos, actúa como aglutinante, espesante y estabilizante, y forma películas resistentes. 10 También ayuda en el control de la cristalización de la lactosa para la fabricación de helados” (Badui, 2006). - Goma de algarrobo. “Es un heteropolisacárido extraído del endospermo de las semillas del árbol Ceratonia siliqua de la familia de las leguminosas, subfamilia Caesalpiniaceae. Su estructura química corresponde a una galactomanano formada por una cadena de moléculas de β-D-manosas unidas (1,4), a la cual se le unen varias ramas de α-D-galactosas a través de enlaces (1,6); la relación de D-manosas con D- galactosas es de 9:1. Su peso molecular está alrededor de 400,000-1,000,000 Da. Las soluciones de esta goma son pseudoplásticas, y el grado de pseudoplasticidad aumenta según su concentración y peso molecular. La aplicación en la industria alimentaria es por sus propiedades funcionales como espesante, gelificante, estabilizante y como ligador de agua” (Badui, 2006). - Goma Carragenina “Es un polisacárido sulfatado, proveniente de la pared celular de las algas marinas rojas (Rodofíceae). Las carrageninas están conformadas por varias estructuras en grupos de polisacáridos de galactosa. Estas estructuras son de varios tipos diferentes, y se designan con las letras griegas κ, λ, ν, ί, θ y ξ. Su fórmula química consiste en unidades de D-galactosa unidas por enlaces glucosídicos α (1,3) y β (1,4) alternadamente; se diferencian entre ellas por la concentración de los azúcares anhidros 3,6-anhidro- D-galactosa que contengan, y por la posición en que se encuentren los grupos sulfato, así como por la cantidad de estos últimos en la molécula D-galactosa. De las estructuras antes mencionadas, las comerciales son las κ, λ, ί. El peso molecular es de 100,000 Da, que es la carragenina comercial más usada en la elaboración de alimentos. Una propiedad muy importante es su reactividad con las proteínas, principalmente con las de la leche. Se ha visto que la carragenina κ tiene la capacidad de estabilizar las caseínas α y β contra su precipitación por iones calcio, tal como lo hace la caseína k de manera natural. Debido a que sus grupos sulfato se orientan hacia el exterior de la cadena de galactosas, tiene la capacidad de reaccionar con polipéptidos. Existen interacciones de los iones sulfato con los grupos cargados de la proteína, ya sea de manera directa o a través de iones divalentes como el calcio; la interacción depende de la carga neta del complejo y, porlo tanto, está en función del punto isoeléctrico de la proteína: cuando la relación de la carga entre la carragenina y la proteína es igual a 1, el complejo precipita, puesto que el grado de interacción es el máximo” (Badui, 2006). 11 1.1.3 Estructura El helado suave requiere que la mayoría de los cristales de hielo sean pequeños, de aproximadamente 50 μm de tamaño. Los cristales de hielo mayores de 55 μm proporcionan una textura gruesa y arenosa. En el helado, el tamaño de los cristales de hielo oscila generalmente entre 20 y 100 μm. El contenido de grasa influye en el tamaño de los cristales de hielo en los glóbulos de grasa e impide el crecimiento del cristal de hielo (Fiol, Prado & Romeroa, 2017). El helado es un alimento complejo con distintos sistemas coloidales, forma una emulsión por la presencia de glóbulos de grasa, una espuma por las burbujas de aire, una solución por la presencia de azucares, vitaminas, minerales y cristales de hielo dispersos. Las múltiples fases influyen en la calidad y atributos del producto. En la Ilustración 1-1 se muestra la estructura de la mezcla de helado y helado. La mezcla de helado contiene los glóbulos de grasa parcialmente cristalinos, las micelas de caseína como partículas dispersas en una solución de azúcares, sales, proteínas de suero, estabilizantes, etc. La superficie del glóbulo graso demuestra la adsorción competitiva de micelas de caseína, proteínas de suero parcialmente desnaturalizadas, β-caseína y estabilizantes añadidos. El helado contiene los cristales de hielo, las burbujas de aire y los glóbulos de grasa parcialmente unidas como fase dispersa dentro de un suero no congelado que contiene el material disuelto. Los aglomerados de grasa están parcialmente unidos a la superficie de las células de aire, que también están rodeadas por proteína. Ilustración I. Estructura de la base del helado y la estructura del helado (Goff & Hartel, 2013) 1.1.4 Avances en el desarrollo de nuevos productos En la nueva tendencia generalizada en la industria alimentaria se busca la mejora en formulación de productos que representen un beneficio directo sobre la salud del consumidor. Por eso, en las últimas 12 dos décadas, la creciente preocupación acerca de la salud y bienestar humano ha alentado a la gente a hacer ejercicio, comer alimentos saludables y reducir el consumo de alimentos ricos en azúcar, sal y grasa (González et al., 2012). Específicamente se pueden mencionar tres avances significativos en la formulación de helado, los cuales se detallan a continuación: 1.1.4.1 Sustitución de sacarosa. Existen personas que pueden ser afectadas por el tipo de edulcorante utilizado, esto en función de ciertas afecciones que puede sufrir el individuo, por ejemplo, las personas que sufren de enfermedades como la obesidad o la diabetes mellitus (DMT2). A pesar de los síntomas que pueden presentarse en las personas que sufren estas enfermedades, esto no evita que el individuo quiera consumir productos ricos en sabor dulce y sensaciones como el helado, lo cual puede tener consecuencias irreversibles, al contener este producto un alto contenido de sacarosa. Por este motivo, en la búsqueda de producir helados que puedan ser consumidos por los individuos con este tipo de enfermedades se han desarrollado productos con edulcorantes que puedan proporcionar el mismo poder endulzante que la sacarosa, pero bajo en calorías. Se ha encontrado que el uso de sustitutos de la sacarosa puede tener un efecto significativo en las propiedades físicas, químicas y sensoriales de los helados. En este sentido, Ozdemir et al., en 2008 realizaron un estudio utilizando diferentes sustitutos de sacarosa (jarabe alto en fructosa, miel, jarabe de glucosa y mezclas entre ellas) en soluciones destinadas para la producción de helados. Ellos encontraron que las propiedades fisicoquímicas se ven afectadas de acuerdo al tipo de edulcorante utilizado. Además, realizaron un estudio sensorial, donde los parámetros y la aceptación general de los consumidores son también afectados por el tipo de edulcorante. De manera general, se encontraron casos donde el efecto fue negativo (uso de jarabes alto en fructosa y de glucosa) y en otros casos positivo (miel, mezclas de sustitutos con sacarosa), evaluado como una aceptación general y comparado con un control a base de una mezcla preparada con sacarosa. Otro ejemplo de esto lo presentaron Whelam et al., en 2008 quienes desarrollan fórmulas de mezclas de helado con diferentes sustitutos de sacarosa como lo son la fructosa, el maltitol, la polidextrosa, entre otros. Así mismo realizaron el análisis sensorial, los resultados muestran una buena aceptabilidad de los productos elaborados con sustitutos de sacarosa. Por su parte Drewett y Hartel en 2007 realizaron un estudio de la variación del tamaño medio de los cristales de agua formados usando sustitutos de azúcares y demostraron que es posible lograr un producto de buena calidad con el uso de diversos edulcorantes diferentes a la sacarosa. La calidad es presentada como un producto con tamaños de cristal pequeños. 13 1.1.4.2 Sustitución de grasa. En la actualidad, debido al creciente número de patologías de corazón, cáncer y casos de obesidad en la mayoría de los países desarrollados, se ha propiciado que la población disminuya su consumo de grasa. De este modo, se han desarrollado los llamados “alimentos light”, sin grasa o alimentos bajos en ella, siendo estos muy populares en las últimas dos décadas. Entre estos alimentos se encuentran también los helados, que en cuestión de calidad dependen significativamente de la grasa como ya se ha explicado anteriormente. Este concepto es importante en los helados, con la finalidad de reducir el alto contenido de grasa ya que ésta constituye del 10 a 16% de la materia del helado y se encuentra en forma de glóbulos (Akalm et al., 2008; Rossa et al., 2012). Es así que una variedad de sustitutos de grasa en helados se ha reportado, recientemente. Los ingredientes utilizados en estas nuevas fórmulas contribuyen con menos calorías a los productos de este tipo sin alterar el sabor, sensación en la boca, viscosidad u otras propiedades sensoriales (Yilsay et al., 2005). Según Lima y Nassu en 1996 mencionan que los sustitutos de grasa se pueden dividir en tres grupos principalmente: basados en proteínas, en carbohidratos y artificiales o sintéticos. El uso de estos dependerá del alimento, el nivel de sustitución y el contenido inicial de grasa. Hoy en día también se emplea grasa vegetal como sustituto de la grasa de leche en los helados, esto principalmente promovido en países como Inglaterra, en partes de Europa y en Latinoamérica. Además, existen estudios como el de Devereux, et al., en 2003, en los que se utilizaron a la inulina como sustituto de grasa; los resultados reportados muestran que se logra una reducción de entre el 20 y 80% relativo de la grasa. De hecho, Aykan et al., (2008) reportan que la inulina es un sustituto de grasa prometedor en la producción de helados, además de ser un prebiótico que tiene efectos benéficos en la salud del consumidor. En el estudio realizado por estos autores se usó inulina y proteína de suero como sustitutos. Los resultados son favorables; sin embargo, se obtuvo un aumento significativo en la dureza del helado, lo que constituye un reto a superar (González et al., 2012). 1.1.4.3 Helados probióticos. El objetivo de este tipo de productos es crear alimentos funcionales, es decir, que cubra las necesidades nutricionales, y aporte un beneficio a la salud humana. De manera general, los alimentos probióticos son definidos como “microorganismos vivos que, cuando se consumen en cantidades apropiadas como parte de un alimento, confieren al huésped un beneficio para la salud” (FAO & OMS, 2006). Para definir que un alimentopuede ser llamado probiótico se realizan pruebas de viabilidad y actividad metabólica, la concentración de microorganismos se debe mantener en todas las etapas de procesamiento de los alimentos por encima de 106 UFC/g (Cruz et al., 2009). 14 Al ser el helado un producto lácteo, este tiene un gran potencial para actuar como un alimento portador de microorganismos probióticos, ya que presenta componentes que facilitan esta actividad, tales como materias primas lácteas, vitaminas, minerales (Mohammadi et al., 2011). Sin embargo, la producción de un helado probiótico no es una tarea fácil. Existe una diversidad de retos a superar, principalmente ligados al proceso de elaboración, donde la sobrevivencia de los microorganismos está limitada por las condiciones extremas de temperatura y esfuerzos mecánicos producidos por el cizallamiento dentro del cristalizador. Además de esto, se debe responder a la pregunta más importante, ¿qué microorganismo es el adecuado para ser usado y puede presentar una viabilidad adecuada? Se han reportado trabajos ligados a la elaboración de helados probióticos. Por ejemplo, en una investigación realizada por Turgut y Cakmakci en 2009, demostraron la viabilidad de bacterias probióticas como Bifidumbacterium sp. y Lactobacillus acidhophilus en un helado. Para las formulaciones se utilizaron dos niveles de contenido de grasa, medido a partir de un porcentaje de adición de crema (5 y 10 %, equivalentes a 6 y 8.5 % de grasa en la mezcla); comprobaron niveles de sobrevivencia superiores a 1x106 UFC/g, durante todo el proceso de evaluación del helado, incluyendo la formulación, la cristalización y 90 días de almacenamiento a -20 °C para ambos casos de contenido de crema y las dos bacterias probióticas utilizadas. Esto se obtuvo sin repercusiones sensoriales que hicieran que los helados fuesen rechazados por los consumidores. 15 1.2 Tenebrio molitor Los insectos constituyen el grupo de animales terrestres mayormente representados en el planeta; el 90% del Reino Animal son invertebrados y el 80% de éstos son insectos (Ramos, 2004). Hasta ahora se han registrado 549 especies de insectos comestibles pertenecientes a diferentes grupos: chapulines, libélulas, moscas de mayo, chinches acuáticas y terrestres, cigarras, periquitos, escarabajos acuáticos y terrestres, mariposas diurnas y nocturnas, moscas, moscos, abejas, hormigas, avispas y termitas (Ramos, 2009). Las propiedades nutrimentales de los insectos comestibles de México se han estudiado intensamente y se ha observado que varían según el tipo y especie de insecto, la etapa de desarrollo en la que se encuentran y el alimento o sustrato que utilizan. Además, constituyen una excelente fuente alimenticia, ya que poseen una gran riqueza proteínica y vitamínica (sobre todo del grupo B), tienen cantidades adecuadas de minerales como sodio, potasio, fósforo y calcio y en algunos casos son ricos en grasas (Viesca & Romero, 2009); un ejemplo de ello es el gusano de las harinas (Tenebrio molitor), un insecto comestible que está ganando atención como fuente de proteína para alimentos en todo el mundo (Zhao et al., 2016). Este insecto es comúnmente conocido como “gusano amarillo de las harinas” y en su estado adulto como gorgojo negro, es considerado como una plaga secundaria, por alimentarse de granos y semillas que ya han sido dañados con anterioridad por plagas primarias, se considera que es un insecto distribuido mundialmente y se ha pensado que su origen más probable corresponde a Europa o Asia (Ramos, Pino et al., 2008). De acuerdo con las Colecciones Biológicas del Instituto de Biología de la UNAM, el gusano amarillo de las harinas cuenta con la siguiente información taxonómica 16 Tabla 1-2 Información taxonómica de Tenebrio molitor (IBUNAM: CNIN: IC_01349) El gusano amarillo de las harinas es de color amarillento a café terso brillante, miden hasta 2.5 cm. de largo, se localizan en y alrededor de los almacenes de granos, son particularmente abundantes en los lugares oscuros, húmedos en donde el grano no se ha movido por algún tiempo. Los adultos son de color negro o café oscuro, son aplanados un tanto brillantes, miden de 1.25 cm. hasta casi 2.5 cm. de largo, su tórax esta finamente punteado y sus élitros presentan estrías longitudinales. La duración de su ciclo de vida varía dependiendo de las condiciones ambientales, teniendo como óptimas una temperatura de 25 ºC a 27 ºC y una humedad relativa de 70 % al 80%, en general requieren en promedio de 200 días para completarlo. Son organismos holometábolos y por lo tanto pasan por los estados de desarrollo denominados: huevo, larva, pupa y adulto. La hembra deposita de 250 a 1000 huevos, las oviposiciones se realizan en forma continua aproximadamente durante 3 semanas, llegando incluso a realizar esta actividad durante 2 meses. Los huevecillos, son ovales de color blanco lechoso y brillante, en promedio miden 1.4 mm de longitud y de 0.66-0.69 mm de ancho, se incuban en un lapso de 4 a 18 días. Las larvas recién nacidas son delgadas y blancas cambiando gradualmente a un tono color amarillo a medida que crecen (6 a 9 meses), mudan frecuentemente y cuando están completamente desarrolladas, miden de 2.5 a 3.75 cm. de largo. Su apariencia es muy semejante a la de los gusanos de alambre, por lo común, hibernan en el estado larvario, aunque una generación completa puede variar de dos meses hasta casi dos años. La pupa es de color blanco, pero a medida que pasa el tiempo esta coloración cambia a café amarillento, este período tiene una duración de 6 a 98 días. Una vez completada la pupación, la cutícula pupal se desecha y aparece el adulto cuya longevidad es de dos meses aproximadamente (Ramos, Pino et al., 2008). Reino Animalia Phylum Arthropoda Clase Insecta Orden Coleoptera Familia Tenebrionidae Género Tenebrio Epíteto específico Molitor Nombre Científico Tenebrio molitor 17 1.2.1 Composición Desde el punto de vista nutritivo las larvas del escarabajo Tenebrio molitor pueden contener hasta 58 g de proteína por cada 100 g de peso seco y de 3 a 4 g de materia grasa con un alto contenido en ácidos grasos insaturados; dada su elevada concentración en proteínas con una buena combinación de ácidos esenciales, deben considerarse como unos muy eficientes convertidores de la biomasa vegetal (Pijoan, 2001). En la Tabla 1-3 se muestra la composición del Tenebrio molitor. Tabla 1-3 Contenido proximal de larvas de Tenebrio molitor (Ramos et al., 2006) Componente Larva Tenebrio molitor (% en base seca) Proteína 47.76 Lípidos 38.29 Sales Minerales 2.77 Fibra cruda 6.91 Hidratos de Carbono 4.24 Energía (Kj/100 g) 2309.90 La medida en que se pueden hacer generalizaciones sobre el contenido de nutrientes de T. molitor, depende gradualmente de la dieta específica del insecto. Las larvas, por ejemplo, necesitan una concentración de carbohidratos en la dieta de al menos 40% para desarrollarse, y se alcanza un crecimiento óptimo cuando el insecto crece en dietas que contienen 70% de hidratos de carbono. Además, crecen y se desarrollan más rápido cuando hay una fuente de agua disponible que cuando se crían solo con alimentos secos. (Ramos, Avila, et al., 2002) Tabla 1-4 Contenido de aminoácidos de las larvas de Tenebrio molitor (Azagoha et al., 2016) Aminoácidos No esenciales Larva (g/100 g de proteína) Arginina 4.2 Glicina 4.2 Ácido Glutámico 8.3 Ácido Aspártico 6.4 Prolina 4.4 Serina 4.0 Alanina 6.6 18 Tabla 1-5 Contenido de aminoácidos de las larvas de Tenebrio molitor y requerimientos en adultos (g/100 g de proteína) (Azagoha et al., 2016) Aminoácidos EsencialesLarva FAO / WHO / UNU Histidina 2.5 1.9 Isoleucina 3.5 2.8 Leucina 6.2 6.6 Lisina 5.4 5.8 Metionina 0.7 2.5 Fenilalanina + Tirosina 7.0 6.3 Treonina 3.2 3.4 Triptófano 1.2 1.1 Valina 5.4 3.5 Cisteína + Cistina 0.6 En la Tabla 1-4 y 1-5 se comparó el contenido de aminoácidos de las larvas y los requerimientos de aminoácidos esenciales (FAO / WHO / UNU, 1986) y el resultado mostró que la composición de aminoácidos cumplía los requerimientos, en general, la cantidad de aminoácido detectado era satisfactorio excepto la cisteína (Cys), y la metionina (Met) cuyos valores eran deficientes (Nerguii et al., 2012). Por otro lado, en otro estudio realizado se evaluó la calidad nutricional de la proteína de Tenebrio molitor en comparación con la caseína y la soya en alimentación de ratas albinas con o sin suplementación de Metionina (0,35%) y se concluyó que el valor nutritivo de Tenebrio molitor como una fuente de proteína, cuando se suplementa con metionina en la ración, fue similar al de la caseína (Ramos, Ávila et al., 2002). Los lípidos se acumulan como reservas nutricionales en muchos insectos durante la vida larvaria. En el gusano amarillo de las harinas, Tenebrio molitor, se demostró que los lípidos formaban una proporción creciente de peso corporal a medida que el crecimiento larval y el desarrollo avanzaban. La grasa produce más energía, lo que la convierte en una reserva especialmente importante para las etapas de diapausa de los insectos y para aquellos que habitan en ambientes secos (Urs & Hopkins, 1973). En la Tabla 1-6 se presenta el perfil detallado de ácidos grasos presentes en la larva del gusano amarillo de las harinas. 19 Tabla 1-6 Perfil de ácidos grasos (g/100 g) de la larva de Tenebrio molitor (Nerguii et al., 2012) En la Tabla 1-6 se muestra que larvas de T. molitor se caracterizaron por una proporción favorable de ácidos grasos n-6 / n-3, estos ácidos grasos que en su mayoría son disponibles en especies marinas se encontraron en el gusano de las harinas, lo cual demuestra que puede ser utilizado en la alimentación de animales domésticos, como suplemento alimenticio para el ser humano y suplemento de reciclaje, etc. Además, se ha reportado que su valor calórico fue 50% más alto que la soya, 87% más que el maíz, 63% más que la carne de res y 70% más que los peces, las lentejas y frijoles (Nerguii et al., 2012). Una buena proporción de estos ácidos ω -6 / ω -3 en las larvas del gusano de las harinas puede tomarse como otro determinante de su alta calidad y valor nutritivo (Siemianowska et al., 2013); dado que los ácidos grasos disminuyen los niveles de colesterol en sangre, y en concreto de LDL-colesterol, siendo especialmente aconsejables los AGP ω-3 de alto peso molecular, reducen los niveles de triglicéridos, la agregación plaquetaria y favorecen la respuesta inmunológica, aunque el mayor efecto benéfico de este tipo de ácidos grasos poliinsaturados reside en su mecanismo antiarrítmico que favorece una mejora en la evolución de las enfermedades cardiovasculares. Estudios recientes han sugerido que también tienen un papel fundamental en la disminución de riesgos derivados de enfermedades como la diabetes tipo 2 o la hipertensión (Conchillo et al., 2006). Ácido graso Larva Ácido Mirístico (C14:0) 3.05 Ácido Palmítico (C16:0) 16.72 Ácido Palmitoleico (C16:1n7) 2.67 Ácido Esteárico (C18:0) 2.49 Ácido Oleico (C18:1n9) 43.17 Ácido Vaccénico (C18:1n7) 0.03 Ácido Linoleico (C18:2n6) 30.23 Ácido γ- Linolénico (C18:3n6) 0.05 Ácido Linolénico (C18:3n3) 1.36 Ácido Eicosenoico (C20:1n9) 0.24 Total ácidos grasos 100 Ácidos Grasos Saturados 22.26 Ácido Insaturados 77.74 Omega 3 46.1 Omega 6 31.64 20 Los micronutrientes (vitaminas y minerales) juegan un papel importante en el valor nutricional de los alimentos, su deficiencia es común en muchos países en desarrollo y puede tener importantes consecuencias a la salud, como deficiencias en el crecimiento, función inmune y desarrollo mental y físico (FAO, 2017). Las vitaminas esenciales para estimular los procesos metabólicos y mejorar las funciones del sistema inmune están presentes en la mayoría de los insectos comestibles. En la Tabla 1-7 se presenta el perfil vitamínico de la larva de Tenebrio molitor. Tabla 1-7 Perfil vitamínico de Tenebrio molitor (Nowak et al., 2016) Vitamina Larva de Tenebrio molitor Retinol (UI) 29 α- tocoferol (mg) 1.9 Vitamina E (UI) 0.99 Piridoxina (mg) 0.70 Tiamina (mg) 0.18 Riboflavina (mg) 1.21 Niacina (mg) 4.10 Acido pantoténico (mg) 2.04 Folatos (µg) 137 Biotina (µg) 33.5 Cianocobalamina (µg) 0.30 Vitamina C (mg) 1.8 Los insectos comestibles aportan cantidades significativas de vitaminas que contribuyen al balanceo de la dieta. Se podría pensar que sólo muy pocas especies de insectos serían adecuadas para suplir los requerimientos vitamínicos del ser humano, pero hay que recordar que la dieta está formada por diversos alimentos, cuyos nutrimentos se sinergizan y es su suma lo que da el aporte total, pero cabe destacar que algunos insectos superan los valores vitamínicos de muchos de los alimentos (Nowak et al., 2016). Los minerales juegan un papel importante en los procesos biológicos. En la Tabla 1-8 se muestra el contenido de algunos macro y microelementos presentes en la larva de Tenebrio molitor 21 Tabla 1-8. Contenido mineral de Tenebrio molitor (Ramos et al., 2006) Los insectos comestibles son fuente de hierro y su inclusión en la dieta diaria podría prevenir la aparición de anemia. La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha declarado la deficiencia en hierro como la deficiencia nutricional más común y generalizada en todo el mundo. En los países en desarrollo, una de cada dos mujeres embarazadas y un 40 % de los niños en edad preescolar se cree que son anémicos. Las consecuencias para la salud de este déficit reflejan problemas durante el embarazo, deficiencias en el desarrollo físico y cognitivo de los niños, junto con un aumento en el riesgo de morbilidad en los niños y una reducción en el rendimiento laboral en los adultos. La anemia es una causa evitable del 20% de todas las muertes maternas. Dado el alto contenido en hierro de varias especies de insectos, la utilización de los mismos como fuente de este mineral se debería considerar en el futuro, no solo en los en vías de desarrollo sino también en los países desarrollados. La deficiencia de zinc es otro problema fundamental de salud pública, especialmente para los niños y las madres. Las deficiencias de zinc pueden conducir a un retraso del crecimiento, en la maduración sexual y en el desarrollo óseo, además de producir lesiones en la piel, diarrea, alopecia, alteraciones del apetito y un aumento de la susceptibilidad a las infecciones. En general, la mayoría de los insectos son buenas fuentes de zinc. La carne de vacuno contiene alrededor de 125 ppm de zinc, mientras que las larvas de Tenebrio molitor contiene alrededor de 104 ppm de zinc (Entomo solutions INSECTS REVOLUTION, 2016). Mineral Larva de Tenebrio molitor (mg/100g) Potasio 947.97 Sodio 364.48 Calcio 43.46 Fosforo 706.07 Magnesio 202.68 Zinc 10.42 Hierro 6.69 Cobre 1.37 22 1.3 Quinoa La quinoa (Chenopodium quinoa Willd), planta que pertenece a la familia Chenopodiaceae. Hay alrededor de 250 especies de esta familia en todo el mundo y es una planta endémica común en América del Sur. Sin embargo, hace miles de años fue domesticado por personas que viven en los Andes, particularmente en Perú y Bolivia. La más antigua quinoa arqueológica se remonta a 5000 aC. Mientras que los idiomas locales usan nombres diferentes, como supha, suba, jupha y dahue para referirse a la quinoa, se llama quinua y quinoa en Bolivia, Perú,Ecuador, Argentina y Chile. Posee un alto valor nutricional y, lo que es más importante, es altamente resistente al clima, y a las condiciones del suelo. Si bien tanto sus semillas como sus hojas constituyen las partes comestibles, son las semillas las que más se investigan en términos económicos y científicos. Las semillas son pequeñas, redondas y planas, y los colores pueden variar de blanco a gris y negro, o puede ser amarillo y rojo. Se consume como alimento del desayuno, así como alimento básico similar al maíz y la patata. La quinua era un alimento básico común en la región andina en el pasado, pero actualmente tiende a ser reemplazada por alimentos importados más baratos como el arroz y la pasta (Nowak et al., 2016). Debido a su alto potencial nutritivo y a su diversidad genética, la quinoa es clasificada por la FAO como uno de los cultivos prometedores para la humanidad que pueden contribuir a la seguridad alimentaria en el siglo XXI. Las Naciones Unidas ha declarado al 2013, el Año Internacional de la quinoa, cuyo objetivo es centrar la atención mundial en el papel que puede desempeñar en la contribución a la seguridad alimentaria, la nutrición y la pobreza (Fundación PROINPA, 2011). 1.3.1 Composición química La Red Internacional de Sistemas Datos Alimentarios (INFOODS) tiene por objeto mejorar la calidad y disponibilidad de los datos de composición de los alimentos en todo el mundo, incluidos los relativos a la diversidad biológica. En la Tabla 1-9 se muestra la composición de la quinoa, donde en su trabajo Nowak et al., en 2016 realizan varias revisiones sobre el contenido de nutrientes de la quinoa. Los datos fueron presentados por porción comestible sobre una base de peso fresco, que es la expresión requerida para el uso en bases de datos y tablas de composición de alimentos. 23 Tabla 1-9 Composición de la Quinoa NA: No aplica Los valores son la media de BioFoodComp.4.0 (FAO, FAO/INFOODS Food Composition Database for Biodiversity Version 4.0 – BioFoodComp4.0., 2017) según Nowak, Du, & Ruth, 2016 2 USDA nutrient database (United States Department of Agriculture, 2016) 1.3.1.1 Proteína Las proteínas de la quinoa parecen estar en mayor concentración en el germen, aunque se distribuyen en todos los tejidos del grano. Son principalmente del tipo globulina y albúmina con poca o ninguna presencia de prolaminas, las principales proteínas de almacenamiento en muchos cultivos de cereales. Las prolaminas, como la gliadina del trigo, la secalina del centeno y la hordeína de la cebada (denominadas colectivamente glútenos), inducen respuestas autoinmunes en los pacientes (Graf et al., 2015). El grupo proteico principal de la quinoa es una globulina de 11S llamada chenopodina, con pesos moleculares aparentes de las subunidades A y B de 22-23 kDa y 32-39 kDa, respectivamente; además contiene una proteína 2S globulina, que es rica en cisteína, (15.6% mol), arginina (15.2% mol) e histidina (7.6% mol). La calidad de la quinoa también ha demostrado ser buena por el ensayo biológico. El índice de eficiencia proteínica (PER), por sus siglas del inglés, de la quinoa es similar al de la caseína, aunque se ha informado de una amplia gama de PER, desde 1.95 hasta 3.10. La digestibilidad de la proteína de quinoa se encontró que era ligeramente inferior a la de la caseína. Curiosamente, el lavado de la quinoa, que elimina la mayor parte de las saponinas, no mejoró su calidad con respecto a estos parámetros de composición en aminoácidos y estudios en animales juntos, se ha concluido que la calidad de proteína de quinoa es igual a la caseína (Taylor & Parker, 2002). Componente (g) Quinoa Cruda1 (min-máx.) Quinoa Cruda2 Agua 10.1 (8.2-13.1) 13.3 Proteína total 13.1 (9.1-15.7) 14.1 Grasa total 5.7 (4.0-7.6) 6.1 Carbohidratos disponibles 59.9 (48.5-69.8) 57.2 Fibra dietética total 11.7 (8.8-14.1) 7.0 Fibra cruda 3.3 (1.0-9.2) NA Cenizas 3.3 (2.0-7.7) 2.4 24 1.3.1.2 Lípidos El contenido de grasa de la quinoa es mucho mayor que en los cereales, la concentración más alta aparece en el germen. Los lípidos polares y ácidos grasos libres son muy altos, aproximadamente de un 25% y 19% respectivamente. Los lípidos neutros y los triglicéridos representan casi el 74%, con diglicéridos 20% y monoglicéridos y ceras 3%. La quinoa contiene un 1.8% de fosfolípidos (lecitina), siendo los tipos predominantes lisofosfatidilcolina y fosfatidiletanolamina. Su aceite es rico en ácidos grasos monoinsaturados (oleico) y poliinsaturados (linoleico y linolénico). La composición de ácidos grasos es muy similar a la del aceite de maíz, pero algo mayor en el ácido linolénico (C18: 3). La proporción de ácidos grasos insaturados y saturados de 4.90 es mayor que el maíz (4.65) y los aceites de soya (3.92) (Taylor & Parker, 2002). 1.3.1.3 Carbohidratos La sacarosa es el principal azúcar simple presente en la semilla de quinoa, aunque también contiene pequeñas porciones de glucosa y rafinosa. La quinoa tiene un alto contenido de fibra dietética en comparación con los cereales convencionales, siendo más del 80% de fibra insoluble. No se sabe con exactitud la distribución de la fibra en el grano, debido a que la molienda no corresponde a las partes anatómicas del grano (Taylor & Parker, 2002). 1.3.2 Aplicaciones y nuevos productos La principal ventaja de la quinoa como suplemento en la industria harinera está en la satisfacción de una demanda creciente en el ámbito internacional de productos libres de gluten. Se consume cruda o procesada como cereal y harina, también se puede utilizar en la industria panadera porque el almidón presente en las semillas tiene propiedades similares a las que posee el trigo. Además de aumentar el valor nutricional, la adición de harina de quinoa ha mostrado efectos positivos sobre las características reológicas y sensoriales de los productos de panadería, tales como el pan y las galletas. Teniendo en cuenta estos aspectos, en su trabajo Brito et al., en 2015, consideraron los efectos e interacciones de los componentes de la mezcla compuesta de harina de quinoa, hojuela de quinoa y almidón de maíz, así como sus efectos sobre el color, la textura y el volumen específico de las galletas preparadas. Se han realizado nuevas formulaciones para tener una mayor cantidad de alimentos sin gluten para celíacos. Del Castillo et al., en 2009 usaron mezclas de harina de quinoa, arroz y maíz con almidones, para obtener panqueques, scones, prepizza y pan. Actualmente hay una necesidad de obtención de alimentos concentrados proteicos de alta calidad. Por lo que se han desarrollado bebidas fermentadas, sustitutos de leches, concentrados de proteína 25 para inclusión en alimento animal, para deportistas de alto rendimiento y como suplemento alimenticio (Graf et al., 2015). 1.4 Chía La semilla de chía pertenece a la familia botánica Lamiaceae y al género Salvia sp. Existen alrededor de 900 especies, pero las más ampliamente distribuidas son Salvia hispanica L., Salvia columbariae Benth., Y Salvia polystachya. Salvia hispanica L. es comúnmente conocida como "Salvia española", "Chía mexicana" o "Chan". Es originario del suroeste de América del Norte y se cultiva desde California y Texas, atravesando México hasta el final en la costa oeste y suroeste hasta Chiapas. La planta es una hierba anual que lleva flor en verano, con una altura de aproximadamente un metro con hojas pecioladas y serradas inversas (4-8 cm de largo, 3-5 cm de ancho) con flores hermafroditas. Puede crecer en una amplia gama de arcilla bien drenada y suelos arenosos con tolerancia razonable a la sal y al ácido. Se pueden producir 500-600 kg de semilla / acre, pero bajo condiciones agronómicas apropiadas el rendimiento alcanza 2500 kg / acre (Kristbergsson & Ötles, 2016; Ullah et al., 2015). 1.4.1 Composiciónquímica Es una planta de semilla oleaginosa que fue utilizada por los aztecas no sólo como un producto alimenticio, sino también como una ofrenda a los dioses. Esta semilla es una fuente natural de ácidos grasos omega-3 (ácido α-linolénico), fibra (+ 30%), proteínas de alto valor biológico y antioxidantes naturales que protegen la semilla contra ciertas condiciones adversas, además de otros importantes componentes nutricionales como vitaminas y minerales (Muñoz et al., 2013). En la Tabla 1-10 se presenta la composición de semillas de chía en base seca y se observa que los cambios composicionales se deben a la gran variedad de especies. 1.4.1.1 Proteína El contenido de proteínas de la semilla depende en gran medida de los factores ambientales y agronómicos, superando a los cereales tradicionales como el trigo, el maíz, el arroz, la avena y la cebada. La proteína principal en la semilla de chía es la globulina, que constituye aproximadamente el 52% de la proteína total, en su mayoría con proteínas 11S y 7S, y el tamaño molecular oscila entre 15 y 50 kDa. Las albuminas y globulinas revelaron una mejor estabilidad térmica, por otro lado, las albúminas, globulinas, prolaminas y gluteninas se desnaturalizaron a 103, 105, 85,6 y 91°C. La semilla tiene un buen balance de aminoácidos esenciales y no esenciales. La ausencia de gluten en 26 chía es otra característica, que puede ser digerido por los pacientes que sufren de enfermedad celíaca (Muñoz, et al., 2013; Ullah, et al., 2015). 1.4.1.2 Lípidos El contenido de lípidos en la semilla de chía es importante por la presencia de ácidos grasos omega- 3, omega-6 y omega-9, dichos ácidos grasos poliinsaturados son significativamente altos en comparación con otros aceites de semillas. El consumo de aceites ricos en ácidos grasos poliinsaturados y ácidos grasos omega-3 previene el hipercolesterolemia y las enfermedades cardiovasculares. El rendimiento de extracción de aceite de las semillas de chía depende del disolvente y del método aplicado. El contenido de aceite varió entre 300 y 400 g / kg de semilla. El aceite de Chía se compone predominantemente de ácidos grasos insaturados, de los cuales el α- linolénico es el componente principal (alrededor del 60% del total de ácidos grasos). El perfil de ácidos grasos del aceite de Chía también demuestra la presencia de ácidos linoleico, oleico, palmítico, esteárico y eicosenoico en contenido de orden decreciente, respectivamente (Kristbergsson & Ötles, 2016). Tabla 1-10 Composición de semillas de chía (base seca) n/r: no reportado 1 (United States Department of Agriculture, 2016) 2 (Ayerza & Coates, 2009) Nutrimento Semillas de Chía 1 Semillas de Chía 2 Proteínas (g) 16.54 15.95-26.03 Grasa total (g) 30.74 29.98-33.5 Ácidos grasos saturados (g) 3.33 3.1-3.4 Ácidos grasos monoinsaturados (g) 2.31 n/r Ácidos grasos poliinsaturados (g) 23.67 n/r Ácidos grasos trans (g) 0.14 n/r Ácidos grasos omega-3 (g) 17.83 n/r Hidratos de carbono (g) 42.12 n/r Fibra, total de la dieta (g) 34.40 n/r 27 1.4.1.3 Carbohidratos Casi el 90% de la fracción de carbohidratos de la semilla de chía es fibra y el resto es almidón, sin contenido de azúcar. La mayor parte de la fibra es soluble y tiene alto peso molecular (mucílago) y una extraordinaria capacidad de retención de agua. De hecho, cuando la semilla de chía entra en contacto con agua o cualquier otro medio acuoso, aumenta en peso más de 16 veces que la linaza, creando una textura de gel pegajosa (Segura et al., 2016). 1.4.1.4 Fibra dietética La fibra dietética contenida en los alimentos y especialmente en los granos enteros es un biocomponente importante debido a su potencial benéfico para la salud. Un gran número de estudios han demostrado el efecto del consumo de fibra, como la disminución del riesgo de enfermedad coronaria, así como el riesgo de diabetes mellitus tipo 2 y varios tipos de cáncer. El alto valor nutritivo de la chía también se atribuye a su contenido en fibra dietética, que es de aproximadamente el 27-40%. El contenido de fibra alimentaria de otras semillas, por ejemplo, el maíz tiene 9,2%, nueces, 10% y almendras, 14%. Una vez que el aceite se extrae de la semilla de chía, el material residual presenta 50-60%. Cuando la semilla de chía se sumerge en agua, se forma un mucílago, en el que se recupera la fibra dietética soluble, (SDF por sus siglas en inglés). En este mucílago se han identificado xilosa, glucosa y ácido metilglucurónico. La relación entre la fibra dietética insoluble, (IDF por sus siglas en inglés) y SDF está relacionada con los efectos fisiológicos beneficiosos; La American Dietetic Association recomienda una ingesta de fibra de 25-30 g / día con una relación IDF / SDF de 3: 1. Los estudios en semillas de chía mexicanas procedentes de Chihuahua y Jalisco mostraron 6.16-6.84% y 32.87- 34.9% de SDF e IDF, respectivamente, lo que representa una proporción aproximadamente 5: 1 (Muñoz et al., 2013; Ullah et al., 2015). 1.4.2 Aplicaciones y nuevos productos Algunas de las aplicaciones más importantes de las semillas incluyen su uso como suplemento nutricional y como ingrediente en barras de cereales, galletas, pastas, pan, aperitivos y yogures (The chia, 2009) entre otros, que incluyen el efecto de la harina de semilla de chía en la formulación de fideos sin gluten a diferentes niveles (Levent, 2017). La principal aplicación de este producto es la producción de cápsulas que proporcionan un suplemento nutricional de omega-3. Como se ha indicado anteriormente, la semilla es rica en fibra, lo que hace que sea idónea para el correcto funcionamiento del intestino y contiene proteínas altamente nutritivas, más que los cereales tradicionales. Es buena fuente de vitaminas B, y tiene un contenido alto de minerales como calcio, magnesio, fósforo, zinc y potasio. 28 Se ha encontrado aplicación del mucílago de chía en la industria alimentaria. Este componente se integra principalmente de polisacáridos en forma de fibra soluble. Estudios recientes demostraron que el mucílago podría ser una nueva fuente de polisacáridos con el potencial de generar diferentes mezclas de polímeros para producir películas y revestimientos con propiedades mejoradas (Muñoz et al., 2013; Ullah et al., 2015). 1.5 Antioxidantes En la industria alimentaria los antioxidantes son aditivos que se utilizan para retardar la acumulación de radicales libres y por lo tanto fortalecer la estabilidad oxidativa de los alimentos (Kristbergsson & Ötles, 2016). Por otro lado, Coronado et al, en 2015 sugieren que un antioxidante es una sustancia que forma parte de los alimentos de consumo cotidiano y que puede prevenir los efectos adversos de especies reactivas sobre las funciones fisiológicas normales de los humanos; dichos antioxidantes retrasan el proceso de envejecimiento combatiendo la degeneración y muerte de las células que provocan los radicales libres (Barberá & Marcos, 2007). Estudios epidemiológicos demuestran que un mayor consumo de frutas y hortalizas reduce el riesgo de padecer enfermedades crónicas o degenerativas (cardiovasculares, diabetes, cáncer, obesidad), las hortalizas ricas en carotenoides reducen la incidencia de ciertos tipos de cáncer, el licopeno actúa como preventivo contra los cánceres de próstata, esófago, estómago y colon y los compuestos organosulfurados limitan el riesgo de contraer cáncer y poseen actividad antimicrobiana (Corbino, 2011). Los polifenoles son los antioxidantes más abundantes de la dieta. Su ingesta es 10 veces mayor que la de vitamina C y 100 veces mayor que la de vitamina E o carotenoides (De Luis & Aller, 2008). Químicamente, los compuestos fenólicos son sustancias que poseen un anillo aromático, un anillo bencénico, con uno o más grupos hidróxidos incluyendo derivados funcionales (ésteres, metilésteres,glicósidos, etc.). La naturaleza de los polifenoles varía desde moléculas simples como los ácidos fenólicos hasta compuestos altamente polimerizados como los taninos (Martínez & Periago, 2000). Estos compuestos se pueden clasificar de muchas maneras debido a su diversidad estructural, según su estructura química tenemos 2 grandes grupos: 29 • No flavonoides: o Fenoles no carboxílicos: C6, C6-C1, C6-C3. o Ácidos fenoles: derivados del ácido benzoico C6-C1 y derivados del ácido cinámico C6-C3. • Flavonoides (C6-C3-C6): Formados por 2 grupos bencénicos unidos por un puente tricarbonado o Antocianos o Flavonas, flavononas, flavanoles y flavanonoles. o Flavanoles, taninos condensados y lignanos (Gimeno, 2004). Algunos flavonoides, como la catequina y la quercetina pueden captar directamente especies reactivas de oxígeno (ROS por sus siglas en ingles), como superóxido (𝑂2 −), agua oxigenada (H2 O2) o ácido hipocloroso (HOCl), que pueden ser muy dañinos para lípidos, proteínas y DNA. Los flavonoides actúan fundamentalmente como tampones, capturando radicales libres con formación del radical flavínico, mucho menos reactivo ya que los electrones desapareados están más deslocalizados. Los flavonoides también pueden quelar iones metálicos de transición (hierro y cobre), lo que evitaría la formación de ROS (De Luis & Aller, 2008). Además, muchos compuestos fenólicos son en parte responsables de las propiedades organolépticas de los alimentos de origen vegetal y, por tanto, tienen importancia en la calidad de los mismos. 1.5.1 Quinoa La semilla de quinoa ha sido reconocida como un grano extremadamente nutritivo en todo el mundo, parte importante de ello se debe a su alta capacidad antioxidante. Las semillas contienen flavonoides, antocianinas y ácido fítico que oscilan entre 0.1 y 1.0%, y taninos de 0 a 500 mg/100 g, así mismo, estudios realizados describieron una serie de seis derivados de kaempferol y quercetina que se encuentran en mayor proporción en la semilla (Lutz et al., 2013). Por otro lado, las isoflavonas (daidzeína y genisteína) presentes en la semilla son de particular interés para los investigadores médicos ya que éstas hormonas están implicadas en la fisiología vegetal (protección contra patógenos, de la luz UV y suelos con nitrógeno limitado) y podrían ser reconocidas por los receptores alfa y beta de los estrógenos en los seres humanos. También reducen la resistencia arterial y benefician la densidad ósea, además de tener propiedades antioxidantes (Collar, 2016). 1.5.2 Chía La semilla de Chía tiene una serie de compuestos que pueden actuar como antioxidantes, una característica que hace que la semilla sea aún más atractiva. Entre los compuestos fenólicos más importantes se encuentran los tocoferoles; estos compuestos son antioxidantes primarios y sinérgicos 30 y contribuyen a la actividad antioxidante de chía. Los principales compuestos fenólicos encontrados en las semillas de chía son el clorógeno y el ácido cafeico, seguidos por la miricetina, la quercetina y el kaemperol. El ácido cafeico y clorogénico protege contra los radicales libres e inhibe la peroxidación de grasas, proteínas y ADN; La quercetina es también un poderoso antioxidante con efecto cardioprotector. Estos compuestos presentes en la semilla de Chía tienen propiedades antioxidantes significativamente más eficientes que las de otros compuestos flavonoides como el ácido ferúlico, la vitamina C (ácido ascórbico) y la vitamina E (α-tocoferol). 1.5.3 Antocianinas Las antocianinas (del griego anthos, flor y kyanos, azul) son compuestos vegetales no nitrogenados pertenecientes a la familia de los flavonoides, de amplia distribución en la naturaleza. A pesar de contener pocos grupos cromóforos, se han identificado 300 de estos compuestos, que son responsables de una gama muy amplia de colores, desde el incoloro hasta el púrpura. Producen color rojo, anaranjado, azul y púrpura de las uvas, manzanas, rosas, fresas y otros productos de origen vegetal, principalmente frutas y flores. Generalmente se encuentran en el epicarpio, como en el caso de las peras y las manzanas, pero también se pueden localizar en el mesocarpio, como en las fresas y las ciruelas. Al igual que los flavonoides, el aglucón está formado por un esqueleto consistente en dos anillos bencénicos y uno heterocíclico con oxígeno. El núcleo central flavilo constituye la antocianidina, que unida a la fracción azúcar, forma las antocianinas. Se conocen aproximadamente 20 antocianidinas, las más importantes son pelargonidina, delfinidina, cianidina, petunidina, peonidina y malvidina, nombres que derivan de la fuente vegetal de donde se aislaron por primera vez; la combinación de éstas con los diferentes azúcares genera aproximadamente las 300 antocianinas. Es muy común que una misma antocianidina interaccione con más de un carbohidrato para formar diferentes antocianinas (Badui, 2006). Además de impartir color se ha demostrado que las antocianinas tienen un amplio espectro de funciones biomédicas. Estas incluyen trastornos cardiovasculares, el avance del estrés oxidativo inducido por la edad, las respuestas inflamatorias y diversas enfermedades degenerativas. Las antocianinas también mejoran las funciones neuronales y cognitivas del cerebro, la salud ocular y protegen la integridad del ADN genómico. 31 En cuanto a su capacidad antioxidante, el átomo de oxígeno cargado positivamente en la molécula de antocianina lo convierte en el antioxidante donante de hidrógeno más potente y distinto en comparación con las proantocianidinas oligoméricas (OPCs) y otros flavonoides. Además, la unicidad de las antocianinas antioxidantes depende en gran medida de su capacidad para la deslocalización de electrones y para formar estructuras resonantes a raíz de cambios en el pH, que no tiene lugar en otros antioxidantes populares (Zafra-Stone et al., 2007). 32 Capítulo 2. Metodología En el Diagrama 2-1 se presentan las cuatro etapas de la parte experimental del presente trabajo: La primera etapa consistió en la recepción de la materia prima necesaria para elaboración del helado. La segunda etapa se basó en el desarrollo de seis formulaciones de helado sabor fresa con arándano y/o Tenebrio molitor y/o chía y/o quinoa que cumpliera las especificaciones descritas en la NMX-F- 714-COFOCALEC-2012. En la tercera etapa se realizaron los análisis fisicoquímicos necesarios para conocer la composición de cada helado y, por último; la cuarta etapa, en la que se realizó una evaluación sensorial para conocer el nivel de agrado de cada helado elaborado. Diagrama 2-1 Proceso general: Etapas experimentales de trabajo. Elaboración propia. Fase 1 Recepción materia prima Fresa, Arándano, Chía Selección y limpieza Larva Tenebrio molitor Escaldado a vapor por 5 min Quinoa Acondicionado en ebullicón por 10 minutos y secado en estufa a 80°C por 6 h Fase 2 Base Agua, Leche en polvo, Crema, Sacarosa, Gomas Pasteurización 68.5°C por 30 min Maduración en refrigeración (24 h) Helado Base, fresa, arándano Mantecación Maduración en congelacion (24 h) Ingrediente extra: Tenebrio molitor, chía o quinoa seca Fase 3 Análisis Químico Químico Proximal Proteina, Grasa, Azúcares reductores, Fibra dietética, Cenizas,Minerales Perfil de vitaminas Vitaminas Liposolubles Vitaminas Hidrosolubles Perfil de ácidos grasos Antioxidante Cloruro de cianidina Fase 4 Análisis sensorial Prueba de nivel de agrado 33 2.1 Primera etapa: Recepción de materia prima En la elaboración de la base del helado se utilizaron materias primas comerciales para estandarizar y con ello asegurar la menor variación en la primera parte del proceso ➢ Materia
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