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Evaluacion de dos metodos de extraccion de almidon a partir de cotiledones de mango.

Evaluation of two starch extraction methods from cotyledons of mango

INTRODUCCION

El almidon es el principal carbohidrato de la dieta y por tanto la mayor fuente de energia del hombre y los animales. Los almidones estan constituidos principalmente por amilosa y amilopectina en proporciones que van desde el almidon normal (18-30 % de amilosa) hasta almidon con alto contenido de amilosa (alrededor de 70%) (Hernandez-Uribe et al., 2004).

La amilopectina es un polisacarido ramificado, que constituye la sustancia de reserva de las plantas, y no existe en los tejidos animales. En la industria alimentaria posee una diversidad de usos debido a las caracteristicas que pueden impartir a las formulaciones, las cuales se relacionan con su capacidad de formar geles; tambien tiene aplicacion en industrias no alimentarias (BelloPerez et al., 2006; Ellis et al., 1998).

La produccion de almidon a escala industrial utiliza convencionalmente materias primas como cereales para estos fines, principalmente maiz, y algunos tuberculos y raices como papa, yuca y mapuey (FAO, 2006; Rached et al., 2006). Sin embargo, en Venezuela el cultivo de estos rubros se orienta mas para cubrir la demanda en otros productos alimentarios y no a la produccion de almidones. En este sentido se ha recurrido a evaluar materias primas alternativas como platano verde (Musa paradisiaca L.), Zulu (Maranta sp.) y sagu (Canna edulis Ker.) (Gil y Pina, 1996; Lares y Perez, 1998; Rached et al., 2006; Bello Perez et al., 2006) para la obtencion de almidon, las cuales pueden suplir aquellas de dificil obtencion en el pais.

El mango (Mangifera indica L.) es un fruto muy difundido en Venezuela que puede ser considerado como otra fuente alternativa para la produccion de almidon. En el caso del tipo Hilacha, es un arbol que esta presente en casi todos los estados del pais. Sus frutos son muy apreciados para el consumo fresco y para la obtencion de productos a escala artesanal y familiar. Los cotiledones constituyen un residuo lignocelulosico que no posee ninguna utilidad comercial (Mejias Giraldo et al., 2007).

Los metodos de evaluacion y extraccion de almidones partiendo de diferentes fuentes naturales son variados (Salinas-Moreno et al., 2003; Flores-Gorosquera et al., 2004; Hernandez-Medina et al., 2008). Se ha descrito la metodologia de Watson e Hirata en la cual se utiliza un proceso de molienda humeda empleando una solucion de acido lactico y dioxido de azufre (Salinas-Moreno et al., 2003), aunque en dicho estudio, el almidon de maiz sufre modificaciones a causa del proceso de nixtamalizacion. Cobana y Antezana (2007) describen un metodo de extraccion de almidon a partir de yuca utilizando una via seca, obteniendo un producto de buena calidad, pero que requiere de premoliendas en estado humedo, siendo el producto obtenido como un almidon modificado en el contenido de azucares. Los metodos de extraccion de almidones utilizando como solvente agua o alcali han sido descritos como de bajo costo y de alto rendimiento (Fernandez, 1998).

El objetivo de este trabajo fue ensayar dos metodos de extraccion utilizando agua destilada o hidroxido de sodio para la obtencion de almidones a partir de cotiledones de mango tipo Hilacha como alternativa para el aprovechamiento de este residuo.

MATERIALES Y METODOS

Se colectaron 105 kg (525 unidades) de frutos maduros de mango (Mangifera indica L.) tipo Hilacha, que presentaron madurez de consumo, coloracion externa homogenea y sin danos fisicos aparentes provocados por aves o insectos, procedentes del municipio Montalban, estado Carabobo, Venezuela. Los frutos fueron trasladados al laboratorio de Biomoleculas de la Universidad Simon Rodriguez (UNESR), nucleo Canoabo, estado Carabobo, Venezuela.

Se determino el peso promedio de los frutos y el resto de los constituyentes (mesocarpio, semilla y cotiledon) procesando una submuestra de dieciseis frutos. A muestras de pulpa se les realizaron analisis de solidos solubles totales, acidez titulable y pH, basados en la metodologia de AOAC (1990).

Los frutos se lavaron con agua corriente para eliminar las impurezas adheridas en la superficie en un lavador rotatorio Dixie Canner, mod. M-10. Luego se procedio a eliminar manualmente el epicarpio y mesocarpio. A las semillas obtenidas se les aplico un lavado para eliminar restos de la pulpa remanente. Posteriormente fueron sometidas a secado por espacio de ocho horas consecutivas a temperaturas de 60 a 90 [grados]C utilizando un prototipo disenado y construido por Tortolero (2002) el cual funciona a partir de energia solar. Posteriormente se realizo el descascarado manual usando cuchillos de acero inoxidable mediante corte meridional del endocarpio para la separacion del cotiledon de la semilla. Los cotiledones obtenidos (1050 en total) se molieron utilizando un procesador de alimentos domestico, luego fueron sometidos a un secado parcial en una estufa de aire forzado a 75[grados]C durante 24 horas y finalmente se almacenaron a temperatura ambiente en bolsas de polietileno de baja densidad.

Para la obtencion del almidon se emplearon las metodologias descritas por Fernandez (1998) quien senala como los mejores metodos la extraccion con agua destilada y la extraccion con hidroxido de sodio al 25% p/v. Para esto, la harina obtenida fue sometida separadamente a la extraccion de los almidones, efectuando los ensayos por triplicado. En ambos ensayos se utilizo la misma relacion harina:solvente (1:3) por un periodo de 24 horas, en reposo y a temperatura ambiente, y en cada caso, la cantidad de harina usada para la extraccion fue de 250 g. De cada metodo de extraccion se efectuaron tres repeticiones.

Los extractos resultantes fueron filtrados en papel de filtro (Whatman No. 1). A la fraccion proveniente de la extraccion con NaOH se le realizo un lavado para eliminar el exceso de alcalis hasta alcanzar un pH de 7. Los residuos solidos de cada tratamiento fueron macerados y mezclados con agua destilada manteniendo la misma relacion 1:3 durante 15 minutos, obteniendose una mezcla homogenea la cual fue almacenada a una temperatura de 7 [grados]C por un periodo de 24 horas. La mezcla fue procesada en un tamiz de 425 [micro]m, obteniendose la lechada y un residuo que fue descartado. La lechada se almaceno en reposo por 24 horas y luego fue resuspendida en agua destilada en proporcion 1:1, se macero y dejo en reposo durante otras 24 horas, este paso se repitio tres veces. Finalizado el tiempo de reposo, se obtuvo la formacion de una pasta insoluble compacta de aspecto gelatinoso la cual se separo mediante decantacion. La pasta insoluble compacta fue secada en estufa de aire forzado a 50 [grados]C hasta obtener el almidon seco. Este fue molido en un equipo electrico y tamizado para obtener una granulometria uniforme y semejante a los almidones comerciales. Finalmente fue envasado en bolsas de polietileno, almacenado y protegido de la luz a temperatura ambiente. Luego se determino el rendimiento de almidon seco respecto a la materia prima (harina de cotiledon) utilizada para cada tratamiento y se expreso como un porcentaje.

A la harina proveniente del secado de los cotiledones y a los almidones obtenidos se les determino la composicion quimica proximal (humedad, cenizas totales, extracto etereo, proteina cruda, fibra cruda y azucares totales) utilizando la metodologia de AOAC (1990). Adicionalmente, a la harina se le determino el contenido de taninos totales siguiendo la metodologia de Arogba (2000). A los almidones se les determino tambien la amilosa segun el metodo descrito por Beta et al. (2000), la amilopectina por diferencia, y el color usando un colororimetro Hunter (Minolta, mod. CR 310) de acuerdo al procedimiento establecido por Jimenez y Gutierrez (2001).

Entre las propiedades funcionales del almidon se determino el indice de absorcion de agua (IAA) e indice de solubilidad (IS) siguiendo la metodologia de Agustiniano-Osornio et al. (2005). El perfil viscoamilografico se realizo bajo la metodologia de Flores-Farias et al. (2000) utilizando un equipo Rapid Analizer (RVA, Newport-Scientific, mod. 3D). Todos los resultados se expresaron como promedio de tres determinaciones.

Los resultados de proporcion de semilla entera y cotiledon, la caracterizacion fisicoquimica de la materia prima, producto terminado y las propiedades funcionales se analizaron mediante estadistica descriptiva a traves de los valores promedio y su dispersion. Los resultados de los metodos de extraccion de almidon se compararon mediante prueba de t usando el paquete estadistico SAS v. 6.0 (Cary, NC).

RESULTADOS Y DISCUSION

El peso promedio de los frutos, semillas y cotiledones (Cuadro 1) fue similar al encontrado en otras investigaciones para este tipo de mango (Emaldi, 1992). Se notaron ciertas diferencias en el peso de la semilla lo cual se puede atribuir a factores relacionados al grado de madurez, zonas de cultivos y epoca de cosecha (Arthey y Ashurst, 1997).

En relacion a la caracterizacion quimica del mesocarpio (Cuadro 1), los solidos solubles, acidez y pH fueron similares a los reportados por Paz y Garcia (1999). Por su parte, la composicion quimica proximal (Cuadro 2) resulto comparativa con relacion a la obtenida en otras variedades de mango, aunque el contenido de fibra cruda fue bastante mas alto (7, 65%) que en otras variedades en las que este parametro se encuentra entre 2,00 y 3, 12% (Kaira et al., 1995; Moreno-Alvarez, 1999; Puravankara et al., 2000). La pureza de los almidones (medida como almidon total) fue muy similar a los indicados para las materias primas utilizadas para el procesamiento industrial (Hernandez-Uribe et al., 2004). Sin embargo, los almidones obtenidos en esta investigacion no presentaron el grado de pureza descrito por otros autores cuando se utilizo como sustrato platano (92, 5%) y otras variedades de mango (90, 84%) (Bello-Perez et al., 2006). Estas diferencias pueden estar asociadas con una mayor eficiencia de la tecnica de separacion empleada por esos autores (centrifugacion). Los valores encontrados permiten inferir el valor potencial del cotiledon de este tipo de mango, el cual actualmente no tiene utilidad comercial.

El rendimiento del almidon proveniente del tratamiento acuoso presento un valor mayor (P [menor que o igual a] 0, 05) que el tratamiento alcalino (50, 8 vs. 42, 9%) (Cuadro 3). Estas diferencias pueden estar asociadas a que en el tratamiento alcalino los cotiledones no fueron desgrasados y el hidroxido de sodio puede actuar como agente saponificable, produciendo dificultades en la extraccion de los almidones. Fernandez (1998) obtuvo resultados muy similares para los mangos Bocado y Haden bajo similares condiciones experimentales. Flores-Gorosquera et al. (2004) realizaron extraccion acuosa de almidones a partir de platano y senalan rendimientos de 55 a 61%, respecto al contenido de solidos presentes en la muestra.

En cualquier caso, los rendimientos de almidon obtenidos con relacion al contenido inicial en la harina de cotiledon indican que ambos metodos de extraccion son eficaces para la produccion de almidones a partir de estas materias primas no utilizadas comercialmente, especialmente porque las mismas se producen como desechos en grandes cantidades.

La composicion quimica de los almidones presento diferencias con relacion a los metodos de extraccion (P [menor que o igual a] 0, 05) obteniendose con el tratamiento acuoso los mayores valores en los contenidos de proteina cruda, fibra cruda, grasa total, cenizas totales y taninos (Cuadro 4). Este mismo tratamiento presento el mayor contenido de impurezas, lo que quedo establecido al presentar la menor concentracion de almidon recuperado y senalado por Fernandez (1998). El contenido de azucares totales fue el unico parametro que se mantuvo similar independientemente del tratamiento utilizado (P > 0, 05), lo que hace suponer que los azucares presentaron una solubilidad similar en los dos procesos de extraccion. Los contenidos de proteina obtenidos, (2, 45 y 1, 80%) con los metodos de extraccion acuoso y alcalino, respectivamente (Cuadro 4) se consideran altos al ser comparados con otras materias primas como maiz, platano, batata y yuca, lo cual indica que estos almidones no serian aptos para la elaboracion de jarabes debido a las reacciones de Maillard (Bello-Perez et al., 2006; Hernandez-Medina et al., 2008).

Los componentes mayoritarios de amilosa y amilopectina no evidenciaron diferencias significativas (P > 0, 05) en relacion a los metodos de obtencion (Cuadro 5). Kaur et al. (2004) indicaron contenidos de amilosa entre 9, 1 y 16, 3 % en almidones procedentes de semillas de diferentes variedades de mango, evidenciando que los valores encontrados en la investigacion se encuentran dentro de los valores antes mencionados. En otras fuentes naturales como name, batata, yuca, sagu, maiz y papa se han senalados valores mas altos de amilosa (19, 6 a 28, 3%) y amilopectinas (71, 7 a 83, 0%) (Flores-Gorosquera et al., 2004; Rached et al., 2006; Hernandez-Medina et al., 2008), lo que significa que estos almidones son mas fuertes que los encontrados en la presente investigacion, y por lo tanto tendrian mayor capacidad de retrogradar (geles mas resistentes).

Se detectaron diferencias significativas (P [menor que o igual a] 0, 05) entre ambos tratamientos para el indice de absorcion de agua e indice de solubilidad de los almidones (Cuadro 4). El mayor indice de absorcion de agua lo presento el almidon extraido con alcali. Agustiniano-Osornio et al. (2005) senalan valores de indice de absorcion de agua en almidones obtenidos de mango de 0, 07 a 0, 142 g por 100 g de muestra, valores inferiores a los encontrados en esta investigacion. Por otra parte, Gil y Pina (1996) determinaron valores de 1, 8 g de agua por 100 g de muestra en almidon extraido de platano, resultado similar al obtenido en la extraccion con alcali. Respecto al indice de solubilidad el mayor valor observado fue en los almidones provenientes de la extraccion acuosa en comparacion con la extraccion alcalina (0, 010 vs. 0, 0086 g de solidos por g de muestra).En el Cuadro 5 se muestran los valores de color de los almidones. El tratamiento de extraccion con agua presento el mayor valor en la coordenada L y menor en la coordenada b, lo cual significa que presento menor oscurecimiento enzimatico. Fernandez (1998) indica que la extraccion de almidones que se realiza con agua presenta una ventaja con respecto a otros metodos ya que presentan menor oscurecimiento.

La temperatura de gelatinizacion, estimada de acuerdo con los criterios mostrados en la Figura 1, fue similar en ambas muestras de almidon analizadas (78, 5[grados]C); sin embargo, hubo diferencias en la viscosidad maxima, siendo mayor para el almidon obtenido mediante extraccion alcalina en comparacion con la extraccion acuosa (165, 4 vs. 125, 7 RVU). Beta et al. (2000) han senalado que el almidon de maiz extraido con alcali presenta mayor viscosidad y capacidad de hidratacion que el almidon de maiz comercial estandar, comportamiento similar a los resultados de nuestra investigacion. La viscosidad al final de la coccion (7, 5 minutos del ensayo) para el almidon extraido con alcali fue de 112, 5 RVU, mientras que para el tratamiento acuoso el valor fue 99, 2 RVU. A continuacion del lapso a 50[grados]C la viscosidad en ambos tratamientos se incremento alcanzando valores finales de 191, 0 y 155, 0 RVU, respectivamente.

[FIGURA 1 OMITIR]

Flores-Farias et al. (2000) senalan que el comportamiento exhibido por la viscosidad durante la coccion, comprendido desde los 50[grados]C hasta 95[grados]C, refleja la capacidad de las particulas para absorber agua e hincharse durante el calentamiento, mientras que durante el ciclo a temperatura constante (95[grados]C) las particulas presentan un comportamiento de resistencia al mezclado, y en el ciclo final de enfriamiento de 95 a 50[grados]C muestran la retrogradacion de los granulos de almidon, donde la viscosidad es nuevamente incrementada como consecuencia del reagrupamiento de las cadenas de amilosa. Hernandez-Uribe et al. (2004) senalan que la diferencia en los valores de viscosidad al inicio y al final del ensayo permite estimar la estabilidad o resistencia de los granulos de almidon a la desintegracion por efecto del calentamiento y la agitacion. Con base a las consideraciones antes senaladas, se puede afirmar que el almidon extraido por inmersion con agua es mas estable a la coccion ya que mostro la menor variacion entre las viscosidades maxima y minima. La menor viscosidad presentada por el almidon de mango Hilacha procedente del tratamiento acuoso pudo ser una consecuencia de su mayor contenido de lipidos en comparacion con el otro tratamiento. A este respecto, Fortuna et al. (2000) indican que los lipidos que acompanan a los almidones ademas de formar complejos con la amilosa se ubican en la superficie de los granulos ocasionando una disminucion en la viscosidad de la pasta de almidon; en este sentido, se infiere la posibilidad de que formen una pelicula hidrofobica que no favorece absorcion de agua y por tanto el incremento del granulo es menor y no completa el proceso de ruptura de los granulos.

CONCLUSIONES

El tratamiento acuoso produjo mayor rendimiento del almidon que el tratamiento alcalino. Tambien promovio los mayores valores en proteina cruda, fibra cruda, grasa total, cenizas totales y taninos, a la vez que presento el mayor contenido de impurezas y menor oscurecimiento enzimatico. El contenido de azucares totales junto al IAA e IS fueron las unicas variables que se mantuvieron igual, independientemente del tratamiento utilizado.

La baja pureza de los almidones detectadas al utilizar como fuente cotiledones de mango Hilacha y los importantes valores de proteina cruda limitan la utilizacion de estos productos en la industria de jarabes, por lo que no se recomienda su uso en esa area. Por otro lado, la baja resistencia reflejada en los valores de amilosa sugieren que los almidones presentan bajo poder de gelatinizacion, por lo cual se deberian buscar alternativas de utilizacion de cotiledones en otros campos de la alimentacion.

AGRADECIMIENTO

Esta investigacion fue financiada por el proyecto UNESR-FONACIT PEM 2001002271.

LITERATURA CITADA

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Carlos Medina (1), Alison Paredes (1), Maria E. Rodriguez (1), Mario Moreno (1), Douglas Belen-Camacho (1), David Garcia (1) y Carlos Ojeda (1)

(1) Laboratorio de Biomoleculas, Ingenieria de Alimentos, Universidad Nacional Experimental "Simon Rodriguez".

Canoabo, estado Carabobo, Venezuela. e-mail: morenoalvarez@cantv.net

Recibido: Noviembre 11, 2008

Aceptado: Octubre 15, 2009
Cuadro 1. Masa de partes del fruto y caracteristicas
quimicas del mesocarpio del mango Hilacha (media [+ o -] SD)

            Masa (g)                 SST      Acidez       pH
                                  ((o)Brix)   (Ac.
                                              Citrico g
Fruto       Semilla   Cotiledon               por 100 g)

200,94      37,08     18,96       16,8        0,29         4,10
  [+ o -]   [+ o -]   [+ o -]     [+ o -]     [+ o -]      [+ o -]
    17,14   4,68      2,18        0,1         0,03         0,01

Cuadro 2. Composicion fisico-quimica de la
harina de cotiledon del mango tipo Hilacha
(media [+ o -] SD; n = 3)

Componentes           Proporcion

Humedad            7,50 [+ o -] 0,05
Grasa cruda        9,78 [+ o -] 0,12
Proteina cruda     5,78 [+ o -] 0,17
Fibra cruda        7,65 [+ o -] 0,46
Ceniza total       1,87 [+ o -] 0,03
Azucares totales   6,26 [+ o -] 0,25
Taninos totales    6,14 [+ o -] 0,20

Cuadro 3. Rendimiento de la extraccion de
almidon de cotiledon de mango tipo Hilacha

Metodo de    Rendimiento
extraccion   (g por 100 g de harina)

Con agua             50,8 *
Con NaOH              42,9

Separacion de medias entre metodos segun
la prueba de t, *: (P [menor que o igual a]
0,05)

Cuadro 4. Composicion quimica y fisica del almidon del
cotiledon del mango Hilacha

Componente                            Extraccion

                                  Con agua   Con NaOH

Humedad (%)                       12,25      13,33 *
Almidon total (%)                 86,12      90,07 *
Grasa cruda (%)                   3,41 *     2,52
Proteina cruda (%)                2,45 *     1,80
Ceniza total (%)                  0,12 *     0,09
Fibra cruda (%)                   3,84 *     1,28
Azucares totales (%)              1,25 ns    1,31
Taninos totales (%)               2,81 *     1,93
Amilosa (%)                       12,45 ns   13,02
Amilopectina (%)                  87,55 ns   86,98
Indice de absorcion de agua       1,40       1,75 *
(g de agua por g de muestra)
Indice de solubilidad             0,010 *    0,0086
(g de solidos por g de muestra)

Separacion de medias en cada fila segun la prueba de t,
*: (P < 0,05)

Cuadro 5. Color de la harina, y de los
almidones, obtenidos segun el metodo de
extraccion, a partir del cotiledon del
mango Hilacha

Metodo de      L       a         b
extraccion

Con agua     74,34   + 2,15   + 13,71
Con NaOH     69,47   + 1,88   + 15,12
Harina       65,73   + 2,48   + 14,09

L: Coordenada de claridad; a y b: coordenadas
de cromaticidad
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Author:Medina, Carlos; Paredes, Alison; Rodriguez, Maria E.; Moreno, Mario; Belen-Camacho, Douglas; Garcia,
Publication:BIOAGRO
Date:Jan 1, 2010
Words:4658
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