OPTIMIZACION DE LAS CONDICIONES DEL PROCESO DE EXTRUSION DE MEZCLAS DE MAIZ-FRIJOL (70-30 %).

CGPI 20040998 RESUMEN. La producción de frijol en el Estado de Durango, es la de mayor importancia agrícola, ya que se cultivan aproximadamente 300,000 hectáreas anualmente, lo que le permite ocupar el segundo lugar a nivel nacional en cuanto a superficie cultivada, y que en su gran mayoría son de temporal, que condiciona en gran medida las variedades de frijol que se cultivan, las que dependen de las condiciones en que se presenta el temporal, ya que cuando las lluvias se presentan en el mes de junio, permite a los agricultores cultivar variedades altamente preferentes de ciclo largo, como el Flor de Mayo (120-130 días a madurez), y a medida que se retraza el temporal, las variedades que pueden sembrarse serán de ciclo intermedio y precoces, cuando el temporal es tardío, las cuales corresponden a variedades no preferentes y por lo tanto de menor valor comercial, aunado este problema al desequilibrio de la oferta y la demanda, que se genera entre los ciclos primavera-verano y otoño-invierno, siendo este último, frijol de riego y de humedad residual, caracterizados por la siembra de variedades preferentes y altamente preferentes, por lo que el desarrollo de Tecnologías alternativas que permitan incrementar el valor agregado del frijol del Estado es de gran relevancia, por lo que el CIIDIR Durango, ha planteado desde el año 2001 la comercialización del frijol en base a su Dureza (tiempo de cocción), de tal manera de que los productores obtengan un 20% de sobreprecio al vender frijol suave, así como también el utilizar el proceso de Extrusión del frijol duro. La complementación de las proteínas del Maíz y del Frijol para cubrir de manera adecuada el perfil de aminoácidos esenciales recomendado por la FAO, se obtiene al mezclarlos en una proporción 70 – 30%, y si esta mezcla es utilizada para elaborar alimentos de gran aceptación por los niños, se estará en posibilidad de impactar positivamente en los niveles de nutrición de este sector de la población, razón por la que se decidió elaborar un producto extrudido “base”, al que se le puedan adicionar diferentes sabores de acuerdo a la población objetivo. Se utilizó un diseño central compuesto 2 2, con cinco repeticiones en el punto central, utilizando como variables explicativas la Humedad de la harina y la Temperatura de Extrusión, manteniendo constantes las RPM = 50, utilizando un Extrusor CICATA I, con un tornillo de relación de compresión 1:2.5, las variables respuesta fueron el Indice de Expansión, Textura y Absorción de agua. Los modelos ajustados obtenidos fueron: IE = 35.2599 - 3.8671 H + 0.345776 T + 0.099626 H2 + 0.00175 T*H -0.000253 T2

TEXTURA = -32.4039-1.9291*H + 0.6001*T - 0.0418H2 + 0.021*H*T - 0.0028*T2 La Relación de eficiencia proteica obtenida en el producto desarrollado fue: PER corr = 1.69 y la Digestibilidad Aparente = 0.8, la estabilidad del producto obtenido es bastante buena almacenada en bolsas de polietileno durante 9 meses sin alteración. El producto obtenido puede ser utilizado en la elaboración de botanas mediante la adición de los saborizantes adecuados; la densidad energética y la adición de vitaminas puede ser diseñada de acuerdo a la población objetivo, además abre las posibilidades de una Agricultura por Contrato al pagar el frijol en función del contenido de proteínas (AZTNR 97, 28.77%, PIMONO 78, 26.44%; MANZANO, 26.2%), así como la siembra de variedades de gran rendimiento por hectárea, pero de baja aceptación del consumidor como el Bayo Victoria, Manzano, Pinto Villa y Pinto Mestizo.

OPTIMIZACION DE LAS CONDICIONES DEL PROCESO DE EXTRUSION DE MEZCLAS DE MAIZ-FRIJOL (70-30 %).

CGPI 20040998

INTRODUCCIÓN. En los inicios de la humanidad, únicamente aquellas sociedades incipientes que lograron abastecerse de los granos básicos mediante el descubrimiento de la agricultura pudieron desarrollarse, como la cultura del trigo o Europea, la Cultura del Arroz o Asiática y la Cultura del Maíz o Mesoamericana, en esta última el consumo de granos y semillas como el maíz y el frijol, se debió inicialmente a la recolección y a la domesticación de las plantas silvestres, es decir, gracias a que aprendieron a cultivarlos, se logró el florecimiento de las principales culturas mesoamericanas y andinas. El maíz es la base de la alimentación del pueblo mexicano y siendo su origen mesoamericano (Zea mays), fue domesticado hace 4,500 - 7,000 años, apareciendo por primera vez en Tehuacán Puebla, y en la cuenca de México, en el área de Zohapilco (Tlapacoya). Hacia el sur, en el valle de Oaxaca, su presencia mas temprana está fechada aproximadamente 3,292 aC, Su expansión hacia el norte está documentada en el centro-sur de Tamaulipas alrededor de 3,000 a 2,200 aC, y hacia el suroeste, entre 2,200 y 1,800 aC. Al sur, la fecha mas temprana en la costa del Golfo de México (La Venta) entre 2,250 – 1,750 aC, en el Pacífico alrededor de 1,550 – 1,400 aC, en Chiapas fue localizado polen de maíz, sin evidencias macrorestos botánicos alrededor de los 2,500 aC. (McClung T, E. 1997), sin embargo, aún no se tiene la certeza del sitio donde fue domesticado, lo seguro es que una vez alcanzado esto, el maíz se comenzó a extender por todo Mesoamérica, y al norte y al sur del continente, aunque algunos investigadores han considerado la posibilidad de que el maíz haya surgido en épocas muy tempranas en América del Sur, lo cual hace suponer un proceso de domesticación independiente, esta hipótesis tiene pocos adeptos, sobre todo si se considera la presencia de los vestigios de las especies silvestres conocidas como ancestros del maíz, cuya distribución es mas abundante en México y en menor cuantía en Guatemala. La domesticación del Maíz fue espectacular, porque se logró desarrollar una planta robusta, con grandes mazorcas y cuyos granos estaban protegidos por grandes hojas que garantizaban su madurez para poder ser consumidos, (McClung T, E. 1997); Maíz, sociedad, cultura e historia son inseparables. Nuestro pasado y nuestro presente tienen su fundamento en el maíz. Nuestra vida está basada en el maíz. Somos gente de maíz, Guillermo Bonfil, citado por Barros y Buenrostro 1997. Alimento fundamental para los hombres del México antiguo, columna vertebral de la economía de las sociedades prehispánicas, que llegaron a imaginarlo como el eje sobre el que se ordenaba el mundo, “el maíz, la materia misma con la que los dioses crearon al hombre”, era considerado como un regalo divino y los dioses que lo crearon y procuraban su existencia, fueron objeto de un culto expresado en multitud de representaciones (Pérez, S. T 1997), origen divino (Barros y Buenrostro, 1997) e incluso diversas leyendas y mitos sobre su origen (Navarrete, C. 1997).

Con la ayuda de instrumentos de relativa sencillez y apoyadas en un profundo conocimiento, lo mismo de la planta que de las condiciones naturales que le eran propicias, las sociedades prehispánicas desarrollaron un conjunto de sistemas agrícolas que les permitieron en cada circunstancia, aprovechar cabalmente el potencial del medio, para obtener el mas preciado de sus dones: EL MAIZ, (Rojas, R. T. 1997). En el caso del Frijol, Investigadores como Kaplan y MacNeish (1960) han ubicado su origen en Ocampo, Tamps, entre 4,300 y 6,000 a.C., también se ha reportado su presencia en la cueva de Tularosa, USA, con edad de 2,300 a.C, asimismo, se han reportado granos en Rio Zape, Durango, Méx., con una antigüedad de1,300 a.C., desde entonces el frijol se extendió por todo el mundo. Hoy en día, se consumen en nuestro país más de 50 diferentes variedades, desde blancas alubias de varios tamaños, hasta frijoles negros, clasificándose otros entre ambos extremos de color, incluyendo a los diferentes pintos de diversos colores, también hay por supuesto, numerosas variedades claras, como los azufrados, los canarios, los flor de mayo incluyendo el frijol conocido como sangre de toro, entre otras muchas (Iturriaga, 2000). En el año 2000 el estado de Durango, fue el cuarto productor de frijol en el país, con una superficie sembrada superior a las 300 mil hectáreas y una aportación cercana al 10% de la producción total nacional de frijol de alrededor de 900,000 toneladas, es decir, que aportó arriba de las 90 mil toneladas. (SAGARPA, 2000, Velasco-González y col. 2001). Las pérdidas poscosecha a nivel mundial, se consideran del orden del 5% anual, sin embargo, en algunos países subdesarrollados alcanzan hasta el 30%. Por su parte en México, las pérdidas se calculan entre el 20 y el 30%, sin embargo, la FAO las estima entre el 10 al 25%, (Vázquez-Badillo, 2001) y se deben principalmente a la heterogeneidad en las formas de almacenamiento, a la insuficiente capacidad del mismo, a las deficientes prácticas de acondicionamiento, limpieza y secado de granos y semillas, a personal no capacitado, a carencia de equipos técnicos y a la falta de difusión de la conservación, presentando problemas que pueden ocasionar desde una disminución leve, hasta la pérdida total de la calidad del grano (Vázquez-Badillo, 2001). Durante el proceso de limpieza, pulido y embolsado del frijol, se obtiene de un 5 a un 10% de frijol quebrado o muy pequeño que no se aprovecha de manera adecuada y que se considera un desperdicio industrial, y por tanto pérdida económica. Además su aplicación en alimentación animal es limitada, debido a los problemas antinutricionales presentes en el frijol crudo, tales como fitohemaglutininas o lectinas, que autores como Nikata y Kimura (1985), Almeida (1991), Sievwright y Shipe (1986) atribuyen interferencias en la absorción de nutrimentos, también, Chang y Satterlee (1981) identificaron la presencia de inhibidores de proteasas, de igual manera Wu y Whitaker (1991), Laskowski y

Kato (1980), también confirmaron la presencia de inhibidores de tripsina, pero Antunes y Sgarbieri (1979), reportaron que estos factores antinutricionales son eliminados por el tratamiento térmico durante la cocción. En los países desarrollados, los granos de leguminosas se utilizan principalmente como forraje, mientras que en los países subdesarrollados, éstos proveen una porción fundamental de la ingesta de calorías y proteínas en el ser humano (Altzchul, 1958, 1974; Phillips y Baker, 1987). En América Latina como en muchas regiones subdesarrolladas, existe la deficiencia de proteínas y calorías en la dieta (Sgarbieri y col., 1979; Peace y col. 1988), de ahí la importancia que tiene el frijol como alimento. Dentro de los procesos tecnológicos utilizados para la preparación de alimentos está la Extrusión, que se ha convertido en una de las técnicas mas importantes en la industrialización, y que es un proceso termomecánico, en el cual la materia prima, generalmente una harina, es alimentada en una tolva y forzada a pasar entre el espacio que hay entre un tornillo rotatorio y un cañón estacionario, bajo una o más condiciones de mezclado, calentamiento y cizallamiento, haciendo que el material emerja a través de una placa/boquilla (un dado de forma específica) diseñada para dar forma o expandir los ingredientes (Gopolakrishna, 1992). La palabra Extrusión proviene del latín "extrudere" y significa forzar un material a través de un orificio. La Extrusión, resulta una alternativa adecuada para el aprovechamiento de la granza del frijol, según informa Velasco-González y col 2001, ya que ofrece ventajas substanciales, tales como ahorro de tiempo y de energía en la producción y en la preparación de los productos. Por otro lado, también ha sido utilizada con frijol endurecido, obteniendo harinas para consumo humano, en las que se ha logrado la gelatinización del almidón, mediante el remojo del frijol en soluciones de cloruro de sodio al 1% y bicarbonato de sodio al 0.75% (Molina y col, 1982). La extrusión puede tener diferentes funciones entre las que se incluyen el mezclado, la cocción, formado, transporte, expansión y secado de los materiales alimentados al extrusor, dependiendo del diseño del extrusor y de las condiciones del proceso (Dziezak, 1989). El proceso de Extrusión, consiste en mezclar una fórmula de distintas variedades de materias primas, tanto de origen animal como vegetal, ya sea con adición de vitaminas, minerales o saborizantes, para que una vez homogénea, se proceda a la extrusión, que es la transformación, es decir, gelatinización de los almidones, que están compuestos de amilopectina y amilosa, los cuales determinan sus propiedades, para aumentar la viscosidad de una pasta y que se requieren en algunos productos para mantener su estabilidad y soportar cambios de temperatura, gracias a un proceso termo-mecánico de corta duración, donde gracias a la temperatura y presión, se forman redes moleculares complejas de gran resistencia y estabilidad, permitiendo mejorar considerablemente las propiedades metabólicas (mejor digestibilidad), y aumentar la aceptación, ya que mejora la textura y el sabor.

Hoy en día, el extrusor es considerado como un biorreactor HTST (alta temperatura corto tiempo, de las siglas en inglés), que transforma a una gran variedad de ingredientes crudos en productos intermedios, modificados y terminados. El desarrollo de esta tecnología es debido principalmente a los siguientes requerimientos en el procesamiento de los alimentos: proceso continuo, aprovechamiento eficiente de la energía, procesamiento de materiales viscosos relativamente secos, mejoramiento de las características de sabor y textura, control de los cambios térmicos de los constituyentes alimenticios y uso de ingredientes no convencionales (Harper, 1986). Los extrusores se pueden categorizar en 3 tipos principales: de pistón, de rodillos y de tornillo; siendo de interés para nuestro caso, el de tornillo, que fue introducido a la Industria Alimentaria a finales de 1940, y que consta de un tornillo rotatorio, que puede ser simple, doble o múltiple, dividido en 3 secciones, la de alimentación, la de compresión y la de cocimiento, que rota en el interior de un cañón estacionario, para empujar el material hacia y a través de un orificio denominado dado . (Harper, 1981). El tornillo es considerado como el corazón del extrusor Diagrama I, ya que lleva a cabo 3 funciones principales:

1. Alimentación, es la sección donde se mezclan los ingredientes, pudiéndose inyectar agua con el fin de desarrollar una masa uniforme y mejorar la transferencia de calor en el barril del extrusor.

2. Compresión, es la sección donde el material alimentado es una masa visco-amorfa, debido a la gelatinización del almidón y a la desnaturalización de la proteína.

3. Cocimiento o medición, en esta sección se recibe el material comprimido, se homogeniza y se hace pasar a presión constante por una boquilla y que al salir el material se expande como resultado de la evaporación de la humedad.

DIAGRAMA I DE UN EXTRUSOR DE TORNILLO SIMPLE (Harper, 1981)

Aunque el extrusor tiene capacidad para manejar una gran variedad de ingredientes, se necesita que las condiciones de proceso sean las mas adecuadas con respecto al equipo y los materiales a procesar, considerando las variables de

operación, así como los límites o intervalos apropiados, todo esto mediante el desarrollo de modelos matemáticos de superficie de respuesta. Las características físicas de los productos extrudidos pueden ser modificadas manipulando algunos parámetros del proceso. Entre las variables que determinan la calidad del producto se incluyen: materia prima, humedad, pH, temperatura, presión, velocidad del tornillo, tiempo de residencia en el extrusor, geometría del dado de salida y tratamientos después de la extrusión (Smith y Ben-Gera, 1979).

El almidón (amilasa y amilopectina) y los azúcares reductores por su parte, ejercen un efecto marcado sobre la textura del producto dependiendo de las características de gelatinización del almidón y de las interacciones que puedan originarse entre los grupos reactivos de los azúcares y de las proteinas. (Kinsella 1976).

Kinsella y Franzen (1978) informaron que los almidones con alto contenido de amilopectina tienden a formar productos frágiles de baja densidad, por lo que Matz, citado por Harper (1976), recomienda un nivel de 5 – 20% de amilasa en almidón para tener extrudidos de textura aceptable.

Las características de textura de los extrudidos proteínicos pueden ser modificadas por el pH empleado (Kinsella, 1976), por lo que a bajos valores de pH (5.0-6.5) se obtienen productos que se forman fácilmente, son densos y masticables, se endurecen despacio y muestran propiedades pobres de rehidratación, probablemente debido a la disminución en la solubilidad de la proteina.

La presencia de grasa en una concentración superior a 5%, tiende a formar productos extrudidos frágiles y la expansión se reduce (Linko y col, 1981). También el contenido de humedad y la temperatura deben ser balanceados adecuadamente, para minimizar el efecto adverso de los lípidos presentes en materiales con alto contenido.

La cantidad de agua añadida también influye en el grado de expansión del producto (Smith, 1975), por lo que la temperatura de extrusión debe estar por arriba de la temperatura de vaporización del agua, para permitir la expansión del producto y su evaporación, las condiciones de proceso varían dependiendo del producto final que se desee obtener, así en el caso de una botana se requiere de un producto crocante, el cual puede requerir de un secado posterior, para obtener una humedad entre el 5 y 6 %. Generalmente se obtiene un producto “base”, al cual se le adicionan saborizantes artificiales como queso, chile jalapeño u otro sabor de chile. Este tipo de productos tiene la ventaja de que pueden ser adicionados de microelementos y vitaminas - situación que representa una ventaja cuando se trata de incrementar el estado nutricional - y sobre todo de aceites, que le confieren un valor energético elevado, cuando se trata de nutrir a un sector marginado, ya que generalmente se trata de

una desnutrición calórico-proteica, además de que se puede utilizar toda la mercadotecnia desarrollada por las grandes trasnacionales que producen alimentos “chatarra”, y los niños prefieren consumir una “botana” que un alimento, por lo que el desarrollo de este tipo de alimentos podría ser una alternativa adecuada para combatir la desnutrición, al desarrollar alimentos tipo botana, pero elaborándolos a partir de mezclas de Maíz-Frijol, complementando así el valor nutricional de las proteínas de ambos granos. MATERIALES Y METODOS MATERIAS PRIMAS. El frijol con el cual se realizó el proyecto, fue proporcionado por la Nueva Integradora de Productores de Frijol de Sombrerete, Zacatecas, correspondiente al ciclo agrícola primavera-verano 2001, variedad: Frijol Negro, cribado y pulido en las instalaciones de la citada Integradora. El maíz fue adquirido en el Mercado Sonora del Distrito Federal, correspondiendo a maíz amarillo quebrado de importación, esta variedad fue seleccionada para evitar la adición posterior de colorantes artificiales. MOLIENDA El maíz y el frijol fueron molidos en un molino comercial de chile seco y colocados en bolsas de polietileno para evitar la hidratación. DISEÑO EXPERIMENTAL. Para la optimización de las condiciones de Extrusión, se utilizó un Diseño Central compuesto 2 2, utilizando como variable respuesta el Indice de Expansión, las condiciones de extrusión fueron muy semejantes a las reportadas por Velasco-González y col. 2003, siendo las variables cuantitativas la Temperatura a la salida del extrusor 160 y 180 °C, humedad de la mezcla maíz-frijol 16 y 18 %, manteniendo el número de revoluciones constante = 50 RPM, ya que no fue posible aplicar las 150 RPM reportadas por Velasco-González y col. 2003 debido al sistema de velocidades del Extrusor empleado CICATA I, realizando cinco repeticiones en el punto central para estimar el error y 4 puntos estrella α = 1.4142, el número de corridas experimentales totales fue de N = 13, el orden de las corridas experimental fue asignando aleatoriamente (Mongomery 2003) ver Cuadro I.

CUADRO I MATRIZ DE DISEÑO

CORRIDA EXPERIMENTAL

TEMPERATURA HUMEDAD

1 160 16 13 180 16 6 160 18 2 180 18

12 170 17 9 170 17 3 170 17

11 170 17 8 170 17 4 184.14 17

10 155.86 17 7 170 18.41 5 170 15.58

El análisis estadístico fue realizado utilizando los paquetes Estadísticos Statgraphics ver. 5.1 y el Statistica ver 7.0 para la elaboración de las curvas de Superficie de respuesta. ACONDICIONAMIENTO DE LA MATERIA PRIMA El contenido de humedad de la mezcla de maíz-frijol (70-30%) fue determinado mediante pérdida de peso hasta peso constante a 120 °C, es importante mencionar que el porcentaje de la mezcla maíz 70% y frijol 30%, fue establecido considerando el contenido de aminoácidos reportado en la bibliografía del maíz y del frijol, de tal manera de cubrir el patrón establecido por la FAO/OMS, 1973. La cantidad de agua adicionada para alcanzar el contenido de humedad establecida en el modelo experimental, fue calculada mediante un balance de masa, empleando lotes de 3 Kg de harina maiz-frijol. Los lotes de materia prima (3 Kg) fueron colocados en una mezcladora de paleta plana en primera velocidad, (Fig I) durante la adición de agua, la cual fue aplicada mediante un atomizador procurando que fuera realizado en un tiempo aproximado de 5 minutos, transcurrido el cual, se continuó el mezclado durante 20 minutos, a continuación se pasó por un molino para homogeneizar la mezcla (Fig II), posteriormente se almacenó en bolsas de plástico en refrigeración (4 - 6°C) durante 24 Hr, para estabilizar las mezclas; la humedad final fue determinada nuevamente por pérdida de peso hasta peso constante y una vez ajustada la humedad de las corridas del diseño experimental las muestras fueron mantenidas en refrigeración hasta ser extrudidas, procurando no exceder tres días para evitar el desarrollo de hongos en las muestras.

FIGURA I

FIGURA II

Durante la primera fase del establecimiento de la Tecnología para la elaboración de alimentos a partir de mezclas de Maíz-Frijol, se utilizó un Extrusor Brabender DN 20, con un dado de salida de 3 mm de diámetro y un tornillo de razón de

compresión 1:3, sin embargo, este equipo es de un volumen de producción relativamente bajo, por lo que se decidió utilizar un equipo mas grande CICATA I (Fig III), que se ajusta a un escalamiento aproximado 1:10 del Brabender, con un tornillo de razón de compresión 1:2.5 y 50 RPM y un dado de salida de ¼ de pulgada de diámetro, manteniendo las zonas de calentamiento de alimentación y calentamiento constantes T1 = 70 °C y T2 = 120.

FIGURA III

INDICE DE EXPANSION El índice de expansión se define como el cociente del diámetro del producto extrudido dividido entre el diámetro del dado de salida, el diámetro del churro fue evaluado con un vernier digital Electronic Digital Caliper 0-150 mm N = 15.

I.E = Diámetro del Churro / Diámetro del dado de salida DETERMINACION DE TEXTURA La dureza de los churros producidos en las diferentes condiciones de extrusión del diseño experimental, fue evaluada en un Texturómetro Universal Instron modelo 5565, mediante una celda Cramer, utilizando tres churros de 5 cm de longitud a los que previamente se les determinó el diámetro en los extremos y en la parte media, dividiendo la fuerza máxima registrada entre el diámetro promedio de los tres churros, (Fig IV) los churros fueron sometidos previamente a secado en un secador con circulación de aire forzado a 80 ° C durante 3 Hr.

FIGURA IV

DETERMINACION DE LA RELACION DE EFICIENCIA PROTEICA PER Y DIGESTIBILIDAD APARENTE.

Se utilizaron ratas hembras de la misma cepa de 20-23 días de nacidas, las cuales fueron adquiridas en el Bioterio Harla, 10 ratas para cada una de las dietas: libre de Nitrógeno, Caseína y Frijol-Maíz, AOAC 1975. Se utilizó una dieta basal con la siguiente composición: 80% de almidón de maíz, 10% de aceite de maíz, 5% de celulosa, 4% de Sales USP y 1% de mezcla de Vitaminas, que contenga: 1000 UI de vit A, 100 UI de vit D, 10 UI vit E, 10 UI vit K, 0.5 mg de tiamina, 1 mg de riboflavina, 0.4 mg de piridoxina, 4 mg de niacina, colina y ácido pantoténico, colina 200 mg, inositol 25 mg, ácido paraminobenzoico 10 mg, vitamina B12 2 µg, biotina 0.02 mg y ácido fólico 0.2 mg, celulosa 1g, la dieta y agua fueron proporcionadas “ad livitum”, durante cuatro semanas. Las dietas a base de maíz-frijol y caseína fue ajustada alrededor del 10 % de proteína con almidón de maíz (N x 6.25). Las ratas fueron asignadas de manera aleatoria a cada una de las dietas, de manera ta,l que la diferencia en peso de cada una de las ratas por dieta, no excediera el 5 % en peso. El consumo de alimento y el peso de las ratas, fue registrado semanalmente, así como el alimento tirado y el peso de las heces.

PER = GANANCIA EN PESO g / PROTEINA CONSUMIDA g

PER CORREGIDO = (PER DE MAIZ-FRIJOL / PER CASEINA g) * 2.5

DAP = (INGESTA DE NITROGENO – NITROGENO FECAL) / INGESTA DE NITROGENO

RESULTADOS Y DISCUSION La tabla I, muestra el análisis de varianza del índice de expansión en función de la humedad y temperatura, así como los factores cuadráticos de cada una de ellas y la interacción, como puede observarse la interacción de temperatura*humedad no es significativo al igual que el término cuadrático de la temperatura, la gráfica de la Superficie de Respuesta N° 1 muestra el modelo ajustado IE = 35.2599 - 3.8671*H + 0.345776*T + 0.099626*H2 + 0.00175 T*H -0.000253*

T2

TABLA I

ANALISIS DE VARIANZA DEL INDICE DE EXPANSION EN FUNCION DE LA HUMEDAD ( H ) Y LA TEMPERATURA ( T ).

FUENTE SUMA DE

CUADRADOS G.L CUADRADO

MEDIO F P

H 0.2661 1 0.2661 14.53 0.0066 T 0.3855 1 0.3855 21.05 0.0025 H2 0.0690 1 0.0690 0.07 0.0933

H*T 0.0012 1 0.012 3.77 0.8034 T2 0.0045 1 0.0045 0.24 0.6360

ERROR 0.1282 7 0.1831 ERROR CORR

0.8604 12

R = 0.851014 El siguiente modelo incluye únicamente los términos estadísticos significativos exclusivamente.

IE = 38.4749 - 3.6822 H -0. 02195 T + 0.099626 H2 R = 0.8604

Como puede observarse la R mejora ligeramente, por lo que podemos quedarnos con este modelo menos complicado, los resultados del primer modelo ajustado permiten establecer el punto óptimo para el índice de expansión IE, en:

Humedad 15.5858 Temperatura 155.859

SUPERFICIE DE RESPUESTA N ° 1 DEL INDICE DE EXPANSION EN FUNCION DE LAHUMEDAD Y LA TEMPERATURA

2.8 2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6

TEXTURA DE LOS PRODUCTOS EXTRUDIDOS. La Tabla 2 muestra el análisis de varianza de la superficie de respuesta de la Textura en función de la Humedad y la Temperatura de extrusión, como puede observarse, ninguna de las variables en estudio es significativa, la Superficie de Respuesta 2 muestra el modelo ajustado, en la que se pueden observar dos óptimos, uno con 17 % de humedad y 185 ° C aproximadamente y un segundo con 18.5 % de humedad y 170 °C, sin embargo con objeto de eliminar las variaciones en el diámetro de los churros, se consideró adecuado transformar la dureza en Kg, dividida entre el diámetro promedio de los churros. La tabla 3, muestra el análisis de varianza de la Textura expresada en Kg (f) dividida entre el diámetro promedio de los churros; como puede observarse, el modelo matemático tampoco explica de manera adecuada el comportamiento, ya que al igual que el modelo anterior ninguna de las variables en estudio es significativa.

TABLA 2 Analysis of Variance for Indice de Expansón - Optimización de las condiciones de Extrusión --------------------------------------------------------------------------------Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value--------------------------------------------------------------------------------A:Humedad 7.89625 1 7.89625 0.10 0.7619B:Temperatura 124.382 1 124.382 1.56 0.2513AA 0.360116 1 0.360116 0.00 0.9482AB 81.0 1 81.0 1.02 0.3465BB 216.411 1 216.411 2.72 0.1430Total error 556.671 7 79.5245--------------------------------------------------------------------------------Total (corr.) 988.129 12

R-squared = 43.6641 percent

TABLA 3 Analysis of Variance for Indice de Expansón - Optimización de las condiciones de Extrusión --------------------------------------------------------------------------------Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value--------------------------------------------------------------------------------A:Humedad 0.363704 1 0.363704 0.47 0.5147B:Temperatura 0.30724 1 0.30724 0.40 0.5483AA 0.535935 1 0.535935 0.69 0.4324AB 0.175894 1 0.175894 0.23 0.6478BB 0.136449 1 0.136449 0.18 0.6869Total error 5.4085 7 0.772644--------------------------------------------------------------------------------Total (corr.) 6.8676 12

R-squared = 21.2461 percent

SUPERFICIE DE RESPUESTA 2 DE LA TEXTURA EN FUNCION DE LA HUMEDAD Y LATEMPERATURA

60 50 40 30 20 10

La superficie de respuesta 3, muestra el modelo matemático ajustado, en la que se puede observar una cordillera a lo largo de los 170°C aproximadamente, con un máximo alrededor de 18% de humedad, es importante mencionar que la Textura está íntimamente relacionada con el contenido de humedad en el churro, y ésta condiciona en gran medida la estructura del almidón en el churro, la cual es ajustada a un contenido de 7% de humedad por secado en la estufa de circulación de aire forzado, favoreciendo la estructura cristalina del almidón, por lo que sería conveniente realizar estudios de la estructura del almidón en función del contenido de humedad, textura y la crujibilidad de los churros, parámetro que condiciona el grado de aceptación de este tipo de productos.

SUPERFICIE DE RESPUESTA 3 TEXTURA / DIAMETRO DEL CHURRO EN FUNCIONDEL CONTENIDO DE HUMEDAD Y TEMPERATURA.

Kg / DIAMETRO CHURRO = -32.4039-1.9291*x+0.6001*y-0.0418*x*x+0.021*x*y-0.0028*y*y

3.5 3 2.5 2 1.5 1

EVALUACION BIOLOGICA La Tabla 4, muestra los resultados del PER y PER corr (corregido), es importante mencionar que durante la realización del presente experimento dos ratas fueron eliminadas debido a que presentaron diarrea, por lo que no se consideraron dentro de la evaluación, como puede observarse el PER corregido considerando el valor del PER de la caseína = a 2.5, osciló entre los valores de 1.0 a 2.18, con un valor medio de 1.69, valor relativamente bajo comparados con los valores reportados para mezclas de soya con valores de 2.1, por lo que se sugiere la repetición de la prueba, con un lote de ratas conformado por el 50% de machos y 50 de hembras, debido a que el comportamiento del lote de puras ratas hembras fue bastante irregular, además es necesario incluir en proyectos futuros el contenido de factor antitrípsico en el alimento, que no obstante en productos elaborados con soya que se ha informado una destrucción del 52% del factor antitrípsico, presenta un valor biológico aceptable, sin embargo, por tratarse de un producto novedoso sería muy adecuado contar con él. La Tabla 5, muestra los resultados de la Digestibilidad Aparente, ya que no se contó con las jaulas metabólicas necesarias para determinar la Digestibilidad Real, sin embargo, la Digestibilidad Aparente nos proporciona un valor adecuado para evaluar este parámetro, los valores oscilan entre 0.70156837 para la rata 10 y 0.85778129 en la rata 1, obteniéndose un valor promedio de 0.80730148, bastante adecuado para este tipo de alimento.

TABLA 4 DETERMINACION DE LA RELACION DE EFICIENCIA PROTEICA (PER)

DE LA DIETA FRIJOL MAIZ EXTRUDIDO RATA

N° ALIM CONS 1 Sem

ALIM CONS 2 Sem

ALIM CONS3 Sem

ALIM CONS4 Sem

ALIM CONSTotal

AumentoEn

Peso

Prot / Total Alim

PER

PER Corr

1 52 64.5 77.94 93 287 56 24.49 2.29 2.05 2 3 22.5 100 83 208 38 17.76 2.14 1.92 4 54 22.5 89 70 235.5 34 20.07 1.70 1.52 5 17 19.5 24.93 92 153.43 24 13.07 1.84 1.65 6 52 44.5 34 93 223.5 32 19.04 1.28 1.51 8 20 48.5 63.79 90 222.29 46 18.94 2.43 2.18 9 44 32.5 89.26 68 233.76 38 19.92 1.91 1.71 10 37 18.5 20 94 169.5 16 14.44 1.11 1.0

TABLA 5

DIGESTIBILIDAD APARENTE DE LA DIETA MAIZ-FRIJOL EXTRUDIDO RATA DIGESTIBILIDAD

APARENTE 1 0.85778129 2 0.85403518 3 0.81046784 4 0.83450352 5 0.70185246 6 0.79631126 8 0.85377428 9 0.85541917

10 0.70156837 MEDIA 0.80730148

CONCLUSIONES. La extrusión de mezclas de Maíz-Frijol 70-30%, permiten obtener un producto base con buenas características de expansión y textura para la elaboración de botanas. El PERcorr de la mezcla de Maíz-Frijol 70-30 % extrudida fue de 1.69. La Digestibilidad Aparente de alimento desarrollado fue de 0.80730148. El Alimento desarrollado, almacenado en bolsas de polietileno a temperatura ambiente, presentó buenas características organolépticas aún después de 10 meses de almacenamiento. El Proceso Tecnológico desarrollado, permite ofrecer una buena alternativa para desplazar a los productos chatarra que se expenden en las “tienditas” o cooperativas de las escuelas, de los diferentes niveles escolares de todo México, o al incluirse dentro de los programas de los DIF de desayunos escolares, además plantea la posibilidad de desarrollar nuevos productos, como sopas instantáneas, atoles, etc.

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