chia: caracterÍsticas de sus subproductos y...
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CHIA: CARACTERÍSTICAS DE SUS
SUBPRODUCTOS Y APLICACIONES EN
TECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS
MSc. Ing. Susana M. Nolasco
Núcleo TECSE (Tecnología de Semillas y Alimentos)
• Lugar de origen:
zonas montañosas
del sur de México y
norte de Guatemala.
• Uso en las civilizaciones
precolombinas: Alimento,
medicina, pinturas, cultos
religiosos.
Reemplazada durante la
Conquista española: por
trigo, cebada, entre otros.
• Países productores:
Argentina, Paraguay,
Bolivia, México,
Nicaragua, Australia,
Perú y Ecuador.
Núculas- Semillas (2 x 1,3 x 0,84 mm)
marrones, blanca
Cultivo actualmente revalorizado por sus cualidades nutricionales
- Elevado contenido de ácidos grasos esenciales (-3)
- Fuente de fibra dietética
- Alto contenido proteico
- Antioxidantes naturales
Omega3
LDL
colesterol y triglicéridos sanguíneos
Fibra dietética total (FDT), insoluble (FDI) y soluble (FDS)
Obtención y caracterización
del mucílago de chía
4)-b-D-xilp(1 )a-D-Glucp(1 4)-b-D-Xilp(1
2
4-O-methyl-a-GlucpA
Xilosa, glucosa, arabinosa, galactosa,
ácido galacturónico, ácido glucurónico.
Lin y col, Carbohydrate
Polymers, 23:13-18 (1994)
Timilsena y col. International Journal of
Biological Macromolecules 81: 991–999 (2015)
Exudación del
mucílago
(SEM) (80x)
Observaciones microscópicas (SEM)
200
mm 200
mm
200
mm
200
mm
5 min 10 min
30 min 60 min
Núcula entera
(133x)
Núcula entera post
extracción del
mucílago
(133x)
300 mm
100 mm
10 mm
30 mm
Capitani y col, Journal of the Science of Food
and Agriculture ,93(25): 3856-3862 (2013).
Liofilización
Congelación
Concentración rotavapor
1 h 55ºC
Filtración malla comercial
vacío 220 mbar
Remojado semillas :agua
(1:20 p/v)
25±1ºC,1 h
Remojado semillas :agua
(1:10 p/v)
25±1ºC, 4 h
Mucílago de chía
Método I
(MSL)
Método II
(MFCL)
Liofilización
Congelación
Tamización malla Nº20 ASTM,
(840 mm)
Rendimiento
3,8-3,7% (b.s.)
200 mm
Capitani y col, Journal of Food
Engeneering , 149:70-77 (2015)
PRODUCTO
Lípidos
(% b.s.)
Proteínas
(% b.s.)
Fibra cruda
(% b.s.)
Ceniza
(% b.s.)
ELN
(% b.s.)
MSL 3,1-3,2 11,2-18,9 11,4-13,5 8,4-10,3 56,2-63,8
MFCL 0,9 6,8 18,0 9,8 64,6
Composición proximal del mucílago de chía
Optimización Método I (MSL):
• Temperatura de extracción
• Tiempo de extracción
• Relación semilla : agua
Rendimiento
12 % b.s.
Lípidos: 9 (% b.s.)
Proteínas 16 (% b.s.)
MSL - 25 ºC
MSL – T 85 ºC
Capitani y col, Journal of Food
Engeneering , 149:70-77 (2015)
Capitani y col. Datos no
publicados
MSE Remojado Secado
Separación
80 ºC, pH 8,
semilla :agua 1:40, 2 h Estufa de secado
50 ºC, 10 h
Frotación
Malla 40
Rendimiento 7%
Muñoz y col, Journal of Food
Engineering , 108:216-7224(2012)
MSE - 80 ºC
Propiedades funcionales
La solubilidad aumenta ligeramente con
la temperatura y el pH del medio acuoso.
• Alto grado de negatividad en el potencial
zeta en condiciones alcalinas.
• Mayor ionización de los grupos carboxilo
contenidos en ácidos urónicos a valores
de pH más altos.
• Polielectrolito aniónico.
Timilsena y col, Carbohydrate
Polymers 136:128-136 (2016)
CRA: Capacidad de retención de agua; CAb: capacidad de absorción de agua; CAd : capacidad de adsorción de agua;
0
40
80
120
160
200
CRA CAb CAd
g a
gua/
g m
ucílago
MOA19
MOM7
0
10
20
30
40
50
CRa CAMO
g a
ceite/
g m
ucílago
MSL
MFCL
CRa: capacidad de absorción de aceite; CAMO: capacidad de absorción de moléculas orgánicas
Capitani , Tesis (2015)
Timilsena y col, Carbohydrate
Polymers 136:128-136 (2016)
El índice de actividad de emulsión (EAI) y el
índice de estabilidad de la emulsión (ESI)
aumentaron con el incremento de la concentración
de mucílago, es decir, con un aumento en la
relación de mucílago a aceite.
Vázquez-Gutiérrez y col, Carbohydrate
Polymers 121: 411-419 (2015)
Efecto de actividad de agua sobre la
temperatura de transición vítrea del mucílago
de chía liofilizado.
* Estado vítreo en el rango de temperatura
considerado y para actividades de agua de
hasta 0,7.
Propiedades reológicas
La viscosidad aparente de las
dispersiones disminuyó al aumentar la
velocidad de deformación.
* Comportamiento pseudoplático.
Capitani y col, Journal of Food
Engineering, 149:70-77 (2015)
Comportamiento de flujo
Curva de ida Curva de regreso
MSL
MFCS
• Modelo de la ley de la Potencia
• n – comportamiento de flujo <1 : naturaleza pseudoplástica
• k – índice de consistencia
• El incremento de la concentración del mucílago produce el aumento de la
viscosidad y el grado de pseudoplasticidad de las dispersiones.
Capitani y col, Journal of Food
Engineering, 149:70-77 (2015)
0,1
1
10
100
1
10
100
1 10
tan
δ
G´,
G´´
(Pa
)
Frecuencia (Hz)MFCS
Símbolos - llenos : G´ (módulo de almacenamiento o elástico); -
vacíos: G´´ (módulo de pérdida o viscoso); líneas: tan (G´´/ G´)
G´ > G´´ : comportamiento elástico.
Polímero amorfo (rango tan δ 0,6 - 1,1),
con la propiedad de formar geles débiles
(G´ > G´´).
El efecto del conjunto de variables: concentración de mucílago, temperatura, pH,
fuerza iónica, presencia de sacarosa, tipo de mucílago, tipo de sal, sobre las
propiedades reológicas de las dispersiones de mucílago de chía.
Comportamiento de flujo pseudoplástico (n<1)
concentración de mucílago índice de consistencia (k) y tixotropía
presencia de sacarosa índice de comportamiento de flujo y tan δ
tipo de mucílago y de sal índice de consistencia (k) y tixotropía
Capitani y col, Journal of Food
Engineering, 149:70-77 (2015)
Comportamiento viscoelático
0,1
1
10
100
1
10
100
1 10
tan
δ
G´,
G´´
(Pa
)
Frecuencia (Hz)
0,25% 0,25%0,50% 0,50%0,75% 0,75%1,00% 1,00%
Emulsiones O/W
• Mucílago de chía (0,75% pp), lecitinas modificadas de
girasol y aceite de girasol-chía (80:20 p/p).
Subproductos de chía y girasol como ingredientes
funcionales en emulsiones alimentarias
E. N. Guiotto ,M.I. Capitani, S. M. Nolasco,, M. C. Tomás
• Dispersiones de mucílago de chía, aceite refinado de
maíz y Tween 80.
Fase dispersa
(20 g aceite refinado de
maíz)
Fase continua
(dispersiones de mucílago de chía en agua)
Ultraturrax (9500 rpm, 1 min)
Punta sonicadora
(750 W, 3,5 min)
Homogeneización primaria
Homogeneización secundaria
Almacenamiento 4ºC, 120 días
0,25; 0,50; 0,75; 1,00 % p/p
0,1% Tween 80 (agente emulsificante) 0,01%
azida sódica (antimicrobiano)
Emulsiones aceite en agua (O/W 20:80 p/p)
Capitani y col. Seed Oil: Biological Properties,
Health Benefits and Commercial Applications,
Nova Science Publishers Inc., 4:55-68 (2015)
MSL 0,25%
MLS 0,75%
• Todas las emulsiones presentaron un alto
porcentaje de BSo (prom. 78,2 %).
Capitani y col. Seed Oil: Biological Properties,
Health Benefits and Commercial Applications,
Nova Science Publishers Inc., 4:55-68 (2015)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 10 20 30 40 50 60 70
% B
ack-S
ca
teri
ng
Longitud del tubo (mm)
0
7
14
21
28
42
62
120
Estabilidad de las emulsiones O/W
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 10 20 30 40 50 60 70
% B
ack-S
ca
teri
ng
Longitud del tubo (mm)
0
7
14
21
28
42
62
120
perfil típico del QuickScan para emulsiones O/W
Zona II Zona I
• La adición de concentraciones ≥ 0,75% de
mucílago de chía mejora la estabilidad física
de emulsiones O/W.
• Emulsiones formuladas con 0,25 % de
mucílago presentaron proceso de
desestabilización por cremado.
Microscopía óptica de emulsiones O/W con
mucílago de chía (t = 0)
0,25% 0,75%
20 mm 20 mm
• La viscosidad de las emulsiones aumentó al incrementarse la concentración de
mucílago. Comportamiento de flujo pseudoplástico.
• El mucílago de chía -en su rol de agente espesante- incrementa la viscosidad de la
fase acuosa de la emulsión, reduciendo la movilidad de las gotas y favoreciendo la
acción del agente emulsificante, contribuyendo a la estabilidad de la emulsión.
Reemplazo total de emulsionante y estabilizantes por mucílago de
chía en la formulación de helados.
Buena calidad en lo que respecta a textura, prueba de fusión.
El color oscuro del mucílago empleado afectó las propiedades
sensoriales.
HELADOS
Campos y col, LWT-Food Science and
Technology , 65:874-883 (2016)
Películas
Mezcla de mucílago de chía y concentrado de proteínas de suero (1:3 y
1:4 a pH 7 y 10), usando glicerol como plastificante. Excelentes
propiedades mecánicas y baja permeabilidad al vapor de agua.
Películas biodegradables con subproductos de chía (mucílago y fracción
proteica) y aceite esencial de clavo de olor (AEC), usando glicerol como
agente plastificante. Se evaluó el efecto de la concentración de polímero
(1,0-3,0%) y de AEC (0,1-1,0%), así como del pH (7-10).
Efecto de la concentración de glicerol (25, 50 y 75 % p/p) en las
propiedades fisicoquímicas y mecánicas de películas formuladas con
mucílago de chía.
.
Muñoz L.A. y col. Journal of Food Engineering,
111:511-518 (2012)
Capitani y col. V Congreso Internacional de
Ciencia y Tecnología de los Alimentos, Argentina
(2014)
Dick. y col. Carbohydrate polymers 130:198-
205 (2015)
Sustitución del 25 % de aceite o huevo por
mucílago de chía. Reducción de kilocalorías y
grasa. Producto más nutritivo y de
características sensoriales aceptables.
Formulaciones con un máximo de 25g/100 g
de sustitución de grasa presentaron
características tecnológicas similares a la
referencia, manteniéndolas durante el
almacenamiento.
Tortas (pound cake)
Borneo y col. J. Am. Diet. Assoc.
110:946-949 (2010)
Ferrari Felisberto M.H. y col. LWT-Food
Science and Technology, 63:1049-1055
(2015)
Hsm
extracción mucílago
Hp Hs
Tamización (malla Nº100 ASTM, 149 mm)
Fracción gruesa
(rica en fibra)
Fracción fina
(rica en proteínas)
FRFp FRFs FRPp FRPs
Extracción de aceite
Semillas
Prensado en frío Sólido-líquido (solvente)
Extracción por prensado
75% b.s. (Hp)
Extracción con solvente
81% b.s. (Hs)
Hp FRFp FRPp Hs FRFs FRPs
Capitani y col., LWT- Food Science &
Technology , 45: 94-102 (2012)
11,4% L
6,3% C
Hs ≈
Hsm
27,6% FC
41,4% P
0,2% L
7,2% C
PRODUCTO
Lípidos
(% b.s.)
Proteínas
(% b.s.)
Fibra cruda
(% b.s.)
Ceniza
(% b.s.)
ELN
(% b.s.)
FRFp 10,8 33,7 28,3 6,0 21,1
FRFs 0,2 35,3 32,8 6,6 25,0
FRPp 13,4 45,6 11,7 7,8 21,5
FRPs 0,3 63,5 6,5 9,2 20,5
Capitani y col., LWT- Food Science & Technology , 45:94-102 (2012)
En todos los subproductos se detectó la presencia de componentes polifenólicos
(ácidos clorogénico y cafeico, quercetina) y tocoferoles en Hp, FRFp y FRPp.
Alta actividad antioxidante
0
100
200
300
400
500
600
700
α γ δ Total
mg
/g
Tocoferol
Hp FRFp FRPp
b
ba a b
c
a
a
c
a
b
c
0,0E+00
1,0E-04
2,0E-04
3,0E-04
4,0E-04
5,0E-04
6,0E-04
mo
l/k
g
Hs FRFs Hp FRFp
abb b
b b
a
a
a
a
a
aaa a
b
b
aa
a abc
ab
b
c
PRODUCTOS
Actividad Antioxidante
(TEAC, mmol/g)
Hp 557 d
FRFp 446 c
FRPp 351 bc
Hs 227 a
FRFs 349 b
FRPs 215 a
Hsm 187 a
Capitani y col., LWT- Food Science & Technology , 45,:94-102 (2012)
Sustancias de origen vegetal que resisten la hidrólisis por parte de las enzimas
digestivas humanas, llegando intactas al colon donde algunas pueden ser
hidrolizadas y fermentadas por la flora colónica.
Incluye polisacáridos, oligosacáridos y lignina.
Fibra dietética
Retención de agua
Viscosidad
Evacuación gástrica
Sensación de saciedad
Índice de glucosa en sangre
y la absorción de colesterol
Fermentables
Ej.: gomas, mucílagos, pectinas,
ciertas hemicelulosas
Retención de agua
Volumen de la masa fecal
Tránsito intestinal
Escasamente fermentables
Ej.: celulosas, lignina, ciertas
hemicelulosas
Fibra dietética insoluble (FDI) Fibra dietética soluble (FDS)
Prevención de enfermedades:
hipercolesterolemia, diabetes, obesidad
Fibra dietética total (FDT), insoluble (FDI) y soluble (FDS)
Capitani, y col. Food Industry. Ed.
INTECH, 19: 421-437, (2013)
Propiedades
funcionales
35
40
45
50
55
60
65
70
75
0 10 20 30 40 50 60
BackS
catt
ering %
(25-3
0 m
m)
tiempo (min)
Hs FRFs FRPs Hsm
Hp FRFp FRPp
Cinéticas de desestabilización de emulsiones O/W
(50:50 p/p) CRA: capacidad de retención de agua
Propiedades
funcionales
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
a a a
b bc c
d
CR
a (
g/g
)
CRa: capacidad de retención de aceite
Productos Bibliografía
Evaluación de la utilización de harina de chía
(molienda semilla integral) y de grasa vegetal
hidrogenada en la formulación de tortas o
pastel (cake pound).
Luna Pizzarro P. y col. LWT - Food Science and
Technology 54:73-79 (2013)
Efectos de la sustitución de harina de trigo
por harina de semilla de chía (molienda
semilla integral), relacionados con distintas
fases y variables del proceso de panificación.
Verdú S. y col. Journal of Cereal Science 65:67-73
(2015)
Efecto de la sustitución de harina de trigo por
harina de chía- molienda de semilla integral-
(sin o con pre-hidratación) en panes. Efecto
de la incorporación de chía como gel.
- Zettel V. y col.·European Food Research and
Technology, 240(3):1-8 (2014)
- Silveira Coelho M., Salas-Mellado M.M. LW-
Food Science and Technology, 60:729-736 (2015)
-- Steffolani E y col. LWT - Food Science and
Technology. 61:401-406 (2015)
Rebanadas de pan y
estructura de la miga.), 90:10
pan de trigo sarraceno de
Tartaria y chía.
Pan con 5% harina de chía
baja en grasa
Productos Bibliografía
Evaluación del desempeño de la
pasta y el pan con incorporación de
Chía (harina entera, harina semi-
desgrasada (18,6% de aceite) y
harina con bajo contenido graso
(6,8% aceite). Base: harina de trigo.
Iglesias-Puig y Haros. European
Food Research and Technology,
237:865-874 (2013)
Efecto de la harina de chía
(molienda semilla integral) y de
diferentes hidrocoloides en la
reología de masas libres de gluten
a base de harina de castaña.
Moreira y col. LWT-Food Science
and Technology 50:160-166
(2013)
Elaboración de pan sin gluten
usando trigo sarraceno y harina de
chía (molienda semilla integral).
Constantini y col. Food Chemistry
165: 232-240 (2014)
La información actualmente existente sobre la semilla de chía y sus diferentes subproductos transforman a los mismos, no solo en un alimento de consumo directo sino también en ingredientes funcionales para su aplicación en diversos alimentos (emulsiones, microcápsulas, películas, productos panificados y otros), considerando los requerimientos industriales y las tendencias actuales de los consumidores con respecto a los efectos vinculados con la relación nutrición-salud.