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J Nombre.

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JÁsesor :

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I / Fecha de terminación:

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LAURA SANTOS REYES

89242219

INGENIERIA DE LOS ALIMENTOS

765 87 03

96-0.

20 HORAS A LA SEMANA

EVALUACIQN DE LA CALIDAD NUTRIMENTAL DE DOS CONCENTRADOS PROTEICOS DE AMARANTO OBTENIDOS POR SOLUBILIZACION EN AGUA Y MODIFICACION QUIMICA.

Dr. JORGE SORIANO SANTOS

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANq IZTAPALAPA LABORATORIO S-156.

ACB9 19 D E AGOSTO DE 1996.

19 DE FEBRERO DE 1 9 0 /

IA.024.96

iNDUSlJ3JALIZACION DEL - 0 , n /'

Srita. Laura Santos Reyes. ento de Biotecnología.

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1) INTRODUCCION

Amaranto, DersDectivas

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

Feine (1979), seiialó específicamente a México como lugar de origen del amaranto, cuya semillas eran comestibles desde la época precolombina. Reyna y col. (1988) citaron que en civilizaciones tan desarrolladas como la maya, tolteca, azteca entre otras, el amarantp junto con el frijol, maíz y chía formaban parte esencial de la dieta de sus pobladores. En ciertos días de1,calendario religioso, las mujeres trituraban la semilla, las teñían de rojo con sangre y las mezclaban con miel, dándoles formas de figurillas de serpiente, montañas, perros y dioses que se comían en templos durante las ceremonias. A la llegada de los espaiioles, su cultivo y su uso decayó notablemente debido principalmente a que el consumo de &te, se asociaba a ritos magico-religiosos lo cual creaba conflictos por su similitud con la eucaristía cristiana en plena dominación española. (Soriano Santos y col.,l992).

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

A nivel de pequeña industria, 01 grano es procesado a gran escala y se elabora harina utilizada como materia prima en pastelería, confitería, entre otros. Además, Soriano (1991) menciona un nuevo uso en el aprovechamiento de las propiedades emulsificantes y gelificante de los almidones de la semilla.

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Proteina. calidad y analisis.

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

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

En 1946, Block and Michel introducen el concepto de imponer la calidad nutricional de una proteína sobre la base de sus aminoácidos constituyentes, El método consiste en calcular la cantidad de aminoácidos esenciales contenidos en una proteína 6 mezcla de proteínas, la cuenta de aminoácidos deberá ser comparada con la cantidad de nitrógeno absorbido y que es retenido, esto es, el valor biológico (VB). La correlación entre la cuenta y la proteína neta utilizada, la cual es una fracción del nitrógeno que entra y que es retenido, esto es, poner un índice exclusivo de digestibilidad, únicamente será alta la calidad, cuando la digestibilidad sea alta.

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

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

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2) ANTECEDENTES

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

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

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

La planta de amaranto es muy frágil durante los primeros días de emergencia y a estas densidades de plantación el número de ramificaciones en las plantas disminuye grandemente, presentándose s610 una cabeza de semillas lo cual ayuda a la cosecha mecánica. La floración ocurre entre los 43 y 57 dias después de la siembra y la cosecha se realiza entre los 1 O0 y 129 días (Paredes López y col., 1990).

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

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

De las investigaciones realizadas hasta la fecha se conoce que las semillas del amaranto representan una buena fuente de vitaminas y minerales, además de contener cerca del 12.5-13.6% de proteína cruda en base seca y un alto contenido en fibra cruda (Tabla I) , las proteínas del grano de amaranto contienen alrededor de 5 % de lisina y 4.4% de aminoácidos sulfurados los cuales son los aminoácidos limitantes en otros granos. Además hay varios informes acerca del valor nutritivo excepcional de las proteinas del amaranto, las cuales son similares a la de la caseína de la leche. Así mismo, se ha observado que las semillas tostadas o reventadas tienen mejor digestibilidad que las crudas y, por lo tanto, es conveniente introducir el "reventado o el "tostado" como un paso previo para la elaboración de los productos de amaranto .(Sánchez-Marroquin, 1980).

Los aminogramas obtenidos determinaron que el amaranto es un grano de buena calidad proteica con valores altos de aminoácidos, pero con una aparente deficiencia de leucina, la cual puede complementarse con la adición de otros cereales en la dieta, como el maiz. Para la metionina se han reportado valores bajos debido a que se destruye parcialmente durante hidrólisis ácida; el triptófano se sitúa alrededor del 2.1 %(Speckman y col., 7958; Becker y col., 1981).

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

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I I I I I I I I I I I I I ,I il II I I I'

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

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

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

5

ANALISIS A.cruentus A.edulis A. hypocon A.hybridus driacus

9.2 Humedad 6.230.71 9.55-1 1.6 11.1

Proteína 13.2-17.6 15.8b-16.5 13.9-17.3 14.0-17.2

A. caudatus.

9.3 12.5

crudab Lípidos

6

6.9-8.1 4.8-7.7 6.2-6.4 7.1 6.3-8.1

I I I I I I I I I I I I 1 I I I ,I'

3) OBJETIVOS

Objetivo general

Determinación de la calidad nutrimental de diferentes concentrados proteicos del grano de amaranto.

Objetivos específicos

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

b) Determinación de la digestibilidad en los concentrados

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

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4) MATERIAL Y METODOS

Plan de trabajo.

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

4.1) Origen del material.

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

4.2) Obtención de los concentrados.

Para la obtención de los concentrados proteicos se utilizaron los siguientes métodos (Soriano-Santos y Córdoba-Salgado, 19954, mismos que se ilustran en la Fig. 2.

4.2.1) Solubilización en agua.

Se prepard una suspensión al 10% plv (harina en agua destilada), el pH de esta suspensi6n se llevó a 7 con NaOH al 40%, se agitó magnéticamente durante 60 min, al termino de esta operaci6n se procedi6 a centrifugar durante 20 min a 5000 rpm, se recuperó el sobrenadante, y se llevó a pH de 4 con ácido tricloroacético, después se centrifugó nuevamente 20 min a 5000 rpm; el precipitado fue recuperado para su secado a 40% (Fig. 2).

4.2.2) Modificación química (succinilación).

Se realizó de acuerdo al método original de Choi y col.(l981) en una relación de anhídrido succinico-proteína cruda dol 50 %. Se prepar6. una suspensi6n de harina en agua al 10%. Se agregó poco a poco el anhidrido a la suspensión, el pH se mantuvo en 8.5 con NaOH (0.4 M) agitando ai mismo

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tiempo, hasta completar 60 min. Se procedi6 a centrifugar, precipitar las proteínas a pH 4, centrifugar nuevamente y secar el concentrado, como en el caso anterior.

En ambos casos, el concentrado se pulverizó y se guardó a 5 OC hasta su uso (Fig. 2).

4.3) Análisis químico proximal de los concentrados.

El análisis químico proximal comprendió las siguientes determinaciones:

Proteína (El factor es de N X 5.85 para la conversión del nitrógeno a proteím). Humedad. Cenizas. Carbohidratos. Grasa.

Todos los métodos utilizados son aprobados por la A0.A.C. (1980).

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

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I I I I I I I I I 1 I I II I I I I I.

4.4.1) Preparación de las dietas experimentales.

Se tomaron en cuenta los resultados químico proximal de los

concentrados proteicos y se procedió a preparar las dietas s e g h la siguiente tabla de composición general.

I almidón' (para completar) 1 1 O0 1 'almid6n de maiz DroDorcionada wr el concentrado pmteim de amaranto. 2como aceite de maíz mazola y el concentrado proteico de amaranto 'pmporcionado por el concentrado proteico de amaranto y ajustado con celulosa 'mezcla de vitaminas AIN-76. (AIN, 1977). Smezclas de minerales AIN-76.(AIN,lQ77). 6azúcer de cafla refinada.. 7almid6n de rnalz de marca comercial.

4.4.2) Preparación de la dieta control.

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

4.5) Experimento biológico.

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

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sobrante de la ración anterior y se tomaron muestras de excremento. El experimento se realizó durante un periodo de 15 días.

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

4.6.1) Relación de eficiencia proteica.

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

PER=ganancia en peso I proteha consumida. . 4.6.2) Prueba de digestibilidad. Esta prueba se realizó según (Varnish and Carpenter.,l975).

a) Elaboración de pan de cromo.

La digestibilidad fue medida al usar sesquióxido crómico (CnO3) como marcador. Este marcador fue adicionado a la,dieta en forma de pan de cromo, preparado al mezclar 30 g de CnO3 y 70 g de almidón de maíz y 40 mL de agua destilada. La masa fue extendida y homeada a 900 C por 2 días. El pan de cromo seco se molió y pasó por un colador de malla 40. En el día 8 el pan de cromo se agregó a las dietas a nivel de 1 % p/p: a partir del día 10 (después de un periodo de adaptación de 2 días) se recolectaron las heces hasta el día ijltimo del experimento.

b) Mezcla digestora.

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

c) Solución estándar.

A 15 mg de CrzOl se le adicionaron 15 mL de mezcla digestora y se aforó a 100 mL con ác. sulfúrico 1 .I M, dando una absorbancia de 0.348 a 440 nm.

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Procedimiento.

En la Fig. 3 se muestra esquematicamente la metodología empleada para la determinación de la digestibilidad.

Se pesaron 200 mg de las heces colectadas en el transcurso del experimento, en un papel filtro y se colocaron en un matraz kjeldahl de 100 mL. Se agregó 2 mL de ácido nítrico concentrado al matraz, dejándolo reposar toda la noche, sobre el quemador del digestor apagado, al día siguiente se calentó suavemente ( con ei termostato del quemador en posici6n low) el matraz hasta que la muestrese carboniz6 en su totalidad, posteriormente se dej6 enfriar y se adicionaron 3 mL de mezcla digestora, calentando con el termostato del quemador en posici6n 3, hasta que el color de la muestra vir6 de verde a amarillo. Se continuó hirviendo por 10 min. despues del vire, se dejó enfriar. Posteriormente se transfirió a un mauaz voium&trico de 25 mL y se aforó con H2S0, 1 . 1 M, se centrifugó a 3000 rpm por 10 min., para precipitar el material s6lido; en el sobrenadante se determinó la absorbancia a 440 nm, calibrando previamente el aparato con la muestra estandar.

El porcentaje de digestibilidad se calculo utilizando la siguiente formula :

[(Abs. IO.348) (15* I loo*) (25*/ M‘)] 100 = % de digestibilidad.

PREP.4RACION

DIETAS

I &

EXSAYO BIOLOGIC0

Fig. 1. Plan de trabajo.

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I 1 I I I I I I I I I I

1 I I I I

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Fig. 7 . hletodologia Lanpleada para la obtención de los mncentrados Suminilado y I-ItO.

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I DIGESTION DE LA hM7‘ERW ORGAKICA 1 1 CON I

CENTRIFLTGACION Y AFORO í a 100 n L con HzSOJ +

I MEDICION DE ABSORBANCIA I 1 (a 4-40 nm) I

Fig. 3. Metodologia empleada para mdu digestibilidad.

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4.7) Tratamiento estadístico.

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

5) LUGAR DE REALIZACION.

Las actividades se desarrollaron en el laboratorio S-I56 y en el Bioterio de la Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa.

6) DURACION.

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

7) OBJETIVOS Y METAS ALCANZADOS.

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

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

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

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I I I I I I 1 I I I I I I 1 I I I.

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- Análisis* (%) Concentrado Concentrado

Succinilado . H a 0 Humedad 6.91 4.74

Extracto etéreo 17.86 4.47 Proteína 43.40 60.16 Cenizas 6.15 . . 3.79

Carbohidratos 17.12 17.89 Fibra' 8.56 8.95

-

8.2) Relación de eficiencia protei&.

En las gráficas 1 a 3 se puede observar la tendencia de los pesos de cada uno de los individuos de estudio (ratas), lo cual muestra un claro descenso de peso en los tratamientos de Succinilado y Agua, siendo la variación de peso de -12.13 rl- 5.28 y -13.65 i: 1.28 respectivamente (Tabla 2 y 3). Siendo esto contrastante con el tratamiento de caseína, el cual tuvo una variación de peso de 34.38 i 9.05 (Tabla 4), representando un aumento de aproximadamente del 100% de su peso inicial.

La variación de peso conjuntamente con el consumo de proteína nos da una Relación de Eficiencia Proteica (Tabla 5), donde se observa que el tratamiento testigo (caseína) presenta el valor promedio (~~0.05) más alto de todas las pruebas experimentales.

Tomando en consideración un porcentaje de 1 O0 para el PER de caseína, los tratamientos de agua y succinilado corresponderían en un porcentaje de -60 % y -69 % respectivamente. En el caso del tratamiento de modificación química (succinilación) et bajo valor en la calidad nutrimental de las proteínas puede atribuirse a que el nucleófilo por excelencia es la lisina, con lo que ocurre una perdida del valor nutritivo, según sea laextensión de la acilación.

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Grafica No. 1 Tratamiento Succinilado

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55 9 8 45 Y P

35

25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 4 2 1 3 1 4 1 5

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Grafica No.2 Tratamiento de H2O

65 60 55

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Grafica No. 3 Tratamiento de Caoeina

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

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I

TRATAMIENTO Succinilado Agua Caseína

PER' -0.94 f 0.3gb -1 .O7 f 0.02b 1.55 f9.45'

Tabla No. 6 Digestibilidad. I TRATAMIENTO I DlGESTlBlLlDAD %' I

Sua% lado Agua

Caseína

0.2 & 0.08' 0.14 f 0.04' 0.15 I0.06'

a letras igualasindican qua las medias no son significatimente diferentes.

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---A--- _I .. ^."---._.___

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9) CONCLUSIONES

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

Sin embargo las proteínas presentes en los concentrados de amaranto mostraron una alta digestlbilidad, indicando una buena retención en el organismo de los individuos de estudio.

La baja calidad nutrimental que presento el concentrado succinilado puede atriibuirse al nivel de acilacidn de aminoacidos esenciales como la lisina.

En el concentrado de solubilización en agua, al no sufrir modificación química, es de suponerse que su bajs calidad nutrimental es consecuencia de su carencia en aminoácidos esenciales

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

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li-. .

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I I I I I’ . .

Dr Jorge Soriano Santos. Jefe del Departamento de Biotecnología.

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