Coordinación General de Investigación y Posgrado UACJ-Investigación

Título del Proyecto de Investigación:

Tipo de financiamiento

Elaboración de productos alimenticios a partir de ingredientes no convencionales: características nutrimentales y/o potenciales propiedades funcionales.

Ciudad Juárez, Chihuahua, México

Sin financiamiento

2. Planteamiento del problema Los alimentos procesados industrialmente, las bebidas azucaradas y la comida rápida

están desplazando a las dietas tradicionales más nutritivas, particularmente en América

Latina, lo que está impactando de forma negativa la salud del consumidor (OPS/WHO,

2015). El consumo de alimentos y bebidas ultraprocesados se correlaciona fuertemente

con el incremento de las tasas de obesidad, diabetes, hipertensión y otras enfermedades

no transmisibles (Rodríguez Weber & Sáenz Tapia, 2008). Los alimentos procesados

generalmente son adicionados con grasas, azúcares, sal y otros ingredientes que los hacen

más duraderos y palatables. Estos alimentos son formulaciones industriales y son

elaborados con sustancias derivadas de alimentos o sintetizados a partir de otras fuentes

orgánicas, pueden sufrir hidrogenación de sus grasas (generando grasas trans tóxicas),

hidrólisis de proteínas y/o modificación de sus almidones, además de utilizar aditivos

(colorantes, saborizantes, emulsificantes, preservativos, solventes, estabilizantes y

edulcorantes, entre otros). Su consumo habitual ocasiona problemas a la salud debido a

su baja calidad nutrimental y su palatabilidad puede ocasionar conductas quasi-adictivas.

Los alimentos ultraprocesados son densamente energéticos y muestran un perfil

nutricional desbalanceado favoreciendo el contenido de grasa, sal o azúcares y

reduciendo el aporte de fibra dietaria, proteína, micronutrientes y otros compuestos

bioactivos. Frecuentemente tienen altas cargas glicémicas y alto aporte de grasas

saturadas (OPS/WHO, 2015). Países en desarrollo han mostrado un incremento en el

consumo de azúcares (127%) y aceites vegetales (199%) en las cuatro últimas décadas

(Kearney, 2010). Un metanálisis encontró una asociación significativa entre el consumo

de alimentos ultraprocesados como bebidas endulzadas con azúcar, carnes rojas y carne

procesada y la mortalidad de población que los consume. Un estudio en Francia encontró

una asociación entre alimentos ultraprocesados y un mayor riesgo de cáncer y síndrome

de intestino irritable. Además, el consumo temprano de este tipo de alimentos se ha

relacionado con mayor incidencia de dislipidemias en niños brasileños, mayor riesgo de

sobrepeso y obesidad e hipertención en España. Un reciente estudio estima que el alto

consumo de alimentos ultraprocesados (>4 porciones/día) esta independientemente

relacionado con un riesgo mayor del 62% para todas las causas de mortalidad. Por cada

porción adicional de alimentos ultraprocesados, la mortalidad por todas las causas ha

aumentado en un 18% (Rico-Campà et al., 2019).

3. Justificación Desde hace décadas el uso de subproductos y materias primas no convencionales en la

reformulación de alimentos ha sido de interés de la industria alimentaria, particularmente

por la cantidad que se producen y el problema que genera al medio ambiente.

Tradicionalmente el uso de subproductos y materias primas no convencionales han sido

utilizados en la producción de fertilzantes o sustratos agrícolas y en su mayoría no

resulve el problema ambiental. Sin embargo, el descubrimiento de compuestos con

actividades biológicas de interés ha permitido que algunos subproductos y recursos

naturales no convencionales sean valorados y considerados para ser incorporados a

diversos alimentos con la finalidad de proporcionar un mayor aporte nutrimental y un

carácter funcional a los mismos, como consecuencia del creciente interés de la población

por mejorar su salud a traves de la alimentación (Reglero, 2004).

Por ejemplo, el proyecto Lignofood (Ingredients for food and beverage industry from

lignocellulosic soruce), en España, trabajó en el procesamiento de residuos vegetales de

la industria para la extracción de lignocelulosa y a partir de este obtener xylo-

olisacáridos, sustancias no digeribles que estimulan el crecimiento y actividad metabólica

de las bacterias intestinales, y el xylitol como sustituto de azúcar para diabéticos. El

proyecto realizó la incorporación de estos compuestos en diversos alimentos

convirtiéndolos en funcionales (Contactica S.L., 2015). En la industria de los granos, el

salvado de arroz es un subproducto rico en compuestos antioxidantes como polifenoles,

vitamina E, tocotrienoles y carotenoides, además de tener alto contenido de fibra

dietética. La adición de salvado de arroz ha sido útil para mejorar la calidad de otros

alimentos como pan, pasteles, pastas y helados, sin afectar sus propiedades funcionales y

de textura (Helkar & Sahoo, 2016). En México se han caracterizado nutraceúticos en el

salvado de ajonojolí, actualmente un subproducto desaprovechado, y se ha reintegrado a

la cadena de valor a través de formulaciones altas en fibra, calcio y antioxidantes

(Ortega-Hernández et al., 2018). No obstante, existen muchos otros recursos de nuestra

biodiversidad mexicana y subproductos de la industria alimentaria que actualmente son

subtulizados y que por su riqueza y propiedades pueden ser incorporados a alimentos

ultraprocesados de consumo cotidiano, tal es el caso de la semilla del árbol Brosimum

alicastrum Sw. (ramón) y el orujo de uva.

4. Marco teórico Brosimum alicastrum Sw. es nativo de México y América Central. Es un árbol neotrópico

y crece naturalmente en los estados de Campeche, Chiapas, Colima, Jalisco, Michoacán,

Nayarit, Oaxaca, Puebla, Quintana Roo, Sinaloa, San Luis Potosí, Tabasco, Tamaulipas,

Veracruz y Yucatán (Larqué-Saavedra, 2014a). Brosimum alicastrum Sw., también

conocido como “ramón” ha sido utilizado históricamente como alimento desde el período

clásico de los Mayas. De acuerdo a la FAO, esta especie está clasificada como “Grass”,

es decir inocua y su fruto, semilla, madera, hojas y latex han servido como en fuentes de

materias primas para alimentación y forrajes (CONAFOR-FAO, 2012). Particularmente

la cultura maya hacía uso de B. alicastrum Sw. cuando la productividad de sus cultivos

era baja (Turcios & Castañeda, 2010). Desde 1975, la Academia de Ciencias de los

Estados Unidos lo considera como una de las especies subexplotadas con promisorio

valor económico (NAS, 1975). Este árbol fue clave para la seguridad alimentaria de las

culturas pre-colombinas. Un análisis de la composición de su semilla ha indicado un

contenido de proteína desde 11.4 a 13.4% (Puleston, 1982), siendo de alta calidad

biológica (Carter, 2015). La harina contiene lisina y triptófano, aminoácidos que se

encuentran limitados en las dietas de México y Centro América (Peters & Pardo-Tejeda,

1982); también tiene un aporte importante de fibra dietética (13 a 16%), ácido fólico (970

μg), riboflavina (2.5 mg), vitamina B6 (0.7 mg), vitamina C (50.8 mg), vitamina A (330

UI), cobre (2.7 mg), hierro (2.8 mg), magnesio (173 mg), fósforo (137 mg), potasio (1381

mg) y zinc (2.1 mg) por cada 100 g de materia seca (USDA, 2017, Carter, 2015, Larqué-

Saavedra, 2014). La harina de ramón tiene bajo contenido en grasa (0.6 a 1.3 g). En sus

propiedades antioxidantes, la harina de la semilla de B. alicastrum Sw. contiene más

compuestos polifenólicos (24.7 mg EAG/g) que la nuez (8.1 mg EAG/g), cacahuate (4.3

mg EAG/g) o almendra (0.9 mg EAG/g,) y una capacidad antioxidante (92.5% Inh-ABTS

y 78.1% DPPH) similar a la nuez (92.2% Inh-ABTS y 84.8% DPPH), pero mayor que la

del cacahuate (91.1% Inh-ABTS y 45.5% DPPH) y la almendra (58.9% Inh-ABTS y

45.5% DPPH) (Tokpunar, 2010). Recientemente se ha reportado que la semilla de ramón

tiene un contenido en ácidos fenólicos (ácido gálico, ácido p-hidroxibenzoico, ácido

vanílico, ácido cafeico y ácido p-cumárico) que va de 6.5 a 326 μg/g (Ozer, 2017).

En relación al orujo de uva, es un subproducto de la industria vinícola que consiste en el

remanente de piel, semillas y tallos de la uva, siendo Vitis vinifera una de las especies

más cultivada para la producción de vino. Este subproducto tiene potenciales usos debido

a su contenido de compuestos fenólicos, antioxidantes, fibras y aceite (Beres et al., 2017).

El compuesto fenólico más abundante son las antocianinas concentradas en la piel y los

flavonoides presentes en la semilla (56-65 % de los flavonoides totales) (García-Lomillo,

González-SanJosé, Del Pino-García, Rivero-Pérez, & Muñiz-Rodríguez, 2014), además

de ácidos hidroxibenzoicos, hidroxicinámicos, estilbenos y taninos. Extractos de orujo de

uva pueden ser aplicados en la industria alimentaria en forma de extractos líquidos o

concentrados en polvo. Extractos de este subproducto han sido útiles para prevenir la

oxidación de lípidos o como bactericida. En la industria alimentaria puede ser utilizado

para enriquecer bebidas o como ingrediente incrementar el contenido fenólico en el

producto (Beres et al., 2017). Extractos fenólicos provenientes del orujo de uva han sido

empleados reemplazando antioxidantes sintéticos, o para reducir la formación de

acrilamida durante las reacciones de Maillard (Zhu, Cai, Ke, & Corke, 2009). El orujo se

uva se ha perfilado como un ingrediente funcional con propiedades de protección

vascular, antioxidante, con actividad anti-hiperglucemiante, reductor de colesterol

plasmático y acción anticancerígena. Los lípidos en el orujo de uva principalmente están

compuestos por ácidos grasos poliinsaturados (89%) (ácidos oleico y linoléico) con

importancia por sus efectos biológicos (Beres et al., 2017). La fibra dietética de este

subproducto ha sido utilizada en varios alimentos funcionales con potenciales beneficios

en la salud gastrointestinal, con actividad anticancerígena, anti-apoptótica, anti-

hipercolesterolémica, antioxidante, antibacterial y efecto cardiovascular protector (Zhu,

Du, Zheng, & Li, 2015).

Estas características nutrimentales y en compuestos bioactivos hace de la semilla de

Brosimum alicastrum Sw. y del orujo de uva una propuesta de innovación que puede ser

aprovechada en el mejoramiento de alimentos procesados o ultraprocesados para tener

alimentos más nutritivos, con potenciales propiedades funcionales que permitan una

alimentación más saludable en la población y particularmente, para la prevención

enfermedades no transmisibles.

5. Objetivo general

Formular y rediseñar alimentos de consumo habitual con la adición de ingredientes no

convencionales y evaluar su impacto en las propiedades del alimento.

6. Objetivos específicos

➢ Utilizar la harina de semilla de ramón y/o la harina de orujo de uva, como

sustitución parcial, en la formulación de alimentos como productos de

panificación, tortilla, pastas, bebidas, entre otros.

➢ Obtener las especificaciones de proceso de elaboración de los productos.

➢ Evaluar el impacto de la sustitución sobre la calidad microbiológica,

fisicoquímica, nutrimental y sensorial del alimento.

7. Metas

Establecer los potenciales impactos de la adición de ingredientes no convencionales sobre

las características fisicoquímicas, nutrimentales y sensoriales de productos alimenticios

de consumo habitual, procesados o ultraprocesados.

Formar recursos humanos en el diseño y propiedades de alimentos con potenciales

propiedades funcionales

Contar con el reporte técnico de los principales resultados desarrollados en este proyecto.

8. Metodología Para el caso de un producto de panificación se seguirá como se describe a continuación:

A. Diseño y formulación de pan de caja. Para la elaboración del pan se utilizará una

máquina panificadora automática (Hamilton Beach®, mod. 29881). Para la formulación

inicial se realizará sobre un pan de caja (680 g) siguiendo una formulación estándar (S0)

y realizando sustituciones parciales de la harina principal (trigo, maíz, arroz, etc) por

harina de una fuente no convencional como harina de semilla de ramón y/o harina de

orujo de uva (Tabla I). El proceso de elaboración consistirá en un primer amasado de

todos los ingredientes adicionados durante 9 min con una fase posterior de leudado de la

masa de 20 min, posteriormente se dará un segundo amasado de 14 min y una segunda

etapa de leudado de 25 min. Finalmente se someterá a una tercera etapa de leudado de 45

min, para finalmente terminar con una etapa de cocción de 60 min (Márquez-Barraza,

2016). Se realizará la elaboración de un pan control considerando los mismos

ingredientes y etapas de proceso, excepto por la incorporación del ingrediente no

convencional.

Tabla I. Formulación inicial para pan (pan tradicional) (S0).

Ingrediente Cantidad (g)

Agua 250.0

Sal 6.6

Azúcar 12.1

Aceite vegetal 26.4

Harina de trigo 394.7

Levadura 4.2

Nota: en el caso de ser otro producto alimenticio o bebida solo se modificará el punto A.,

siguiendo los demás puntos como a continuación se detallan.

B. Calidad microbiológica

Se desinfectará el área de trabajo con solución de hipoclorito al 10%, posteriormente se

trabajará en la zona utilizando un mechero para control. Se preparará una dilución 1:10,

para ello se pesarán 10 g de la muestra y se agregarán 90 g de solución fisiológica estéril,

se sellará la muestra en una bolsa junto con el agua fisiológica y se mezclará

manualmente. Todas las pruebas se realizarán utilizando métodos directos en placa.

Se tomará 1 mL de la muestra homogenizada con una puntilla estéril procurando tomarla

lo más cerca de la parte media, evitando el sedimento. La muestra se colocará en el centro

de la placa y posteriormente se tapará, esta se colocará en una superficie estable para

evitar el esparcimiento mientras el gel se hidrata. Este procedimiento se realizará para la

determinación de mesofílicos aerobios, coliformes totales, hongos y levaduras. La placa

se colocará en una cámara húmeda y se incubará a 37 °C por 24 h para mesofílicos

aerobios y coliformes totales y a 25 °C por 48 h para hongos y levaduras (3M, 2006).

C. Análisis fisicoquímico.

C.1 Actividad de agua (Aa)

La actividad de agua (Aa) es el agua disponible dentro de un alimento, que, junto con el

agua ligada, determina las propiedades de un alimento. La actividad de agua puede ser

definida con la ecuación 1 (Badui, Gálvez, & Pedroza, 2013).

Ecuación 1

Dónde:

f = fugacidad del disolvente de la solución, f º =fugacidad del disolvente puro, HR

=humedad relativa, P=presión de vapor del agua del alimento, Po=presión de vapor del

agua pura, Ma=moles de agua y Ms=moles del soluto.

La muestra previamente homogeneizada se colocará en un contenedor portamuestras para

Aa, hasta llenarse ¾ partes del mismo. La muestra se introducirá en la cámara el lector de

actividad de agua (Decagon Devices®, mod. AquaLab) y se comenzará la lectura. Se

registrará el valor de Aa de cada muestra y la determinación se realizará por duplicado.

C.2 pH

La determinación de pH se realizará por el método potenciométrico. La medición se

realizará por duplicado utilizando aproximadamente 10 g de muestra disuelta en agua

previamente desgasificada. Para determinar el pH se utilizará un potenciómetro digital

(Accumet basics®, mod. AB15 Plus) (AOAC, 2000). La lectura, por duplicada, se

registrarán en la bitácora.

C.3 Composición Proximal

- Humedad

El contenido de humedad se determinará por el método de desecación en estufa. Se

utilizarán cápsulas de porcelana a peso constante. Se colocarán de 20 a 30 g de muestra

en una cápsula, por triplicado, y se introducirán a la estufa (Lab-Line®, mod. 3613) a

105˚C durante 5 h. Las cápsulas se sacarán de la estufa y se introducirán en un desecador

por 45 min. Posteriormente se pesarán y se registrará el peso (AOAC, 2000). Para

calcular el porcentaje de humedad se utilizará la ecuación 3.

% Humedad

Ecuación 2

Donde:

P2= peso de la cápsula con la muestra húmeda, P1= peso de la cápsula con la muestra

seca y m= Peso de la muestra en gramos.

- Grasa total

La cuantificación de grasa total se realizará por el método de Soxhlet el cual se

fundamenta en la extracción de grasa de una muestra mediante un solvente orgánico. Se

utilizarán frascos de vidrio a peso constante, por triplicado. La muestra, previamente

seca, se pesará en porciones de aproximadamente 1 g sobre un papel filtro. Cada muestra

se introducirá en un dedal de celulosa. El dedal se cubrirá con algodón y se colocará en

un extractor Soxhlet (Soxtec®, mod. 2043). Como solvente de extracción se utilizará

hexano (50 mL) (ACS, Hycel®). La muestra con hexano se conectará a la unidad de

extracción y se realizarán lavados de la muestra por un aproximadamente 5 h.

Posteriormente el hexano se recuperará, quedando solamente la grasa en el frasco. Para

eliminar restos del solvente y humedad, los frascos se introducirán en la estufa a 105˚C

durante 5 h; los frascos se sacarán de la estufa y se enfriarán en un desecador por 45 min.

Finalmente, se registrará el peso de cada frasco (AOAC, 2000). El porcentaje de grasa se

calculará con la ecuación 4.

% Grasa

Ecuación 3

Donde:

P2=peso del frasco con la grasa, P=peso del frasco a peso constante y m=peso inicial de

la muestra en gramos.

- Proteína

La determinación de proteína se llevará a cabo por el método Kjeldahl, el cual se basa en

la hidrólisis ácida del nitrógeno orgánico con ácido sulfúrico y una mezcla catalizadora,

formándose sulfato de amonio, que en exceso de hidróxido de sodio libera amoniaco.

Este se destila en medio ácido. El nitrógeno amoniacal se titula con HCl valorado,

obteniendo la valoración de nitrógeno (Halstead y Sallee, 1963). Se pesará

aproximadamente 1 g de muestra (por triplicado) en tubos de digestión, a los cuales se les

adicionará una mezcla digestora (CuSO4•5H2O al 16% y Na2SO4 al 83.4%) y 10 mL de

ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) (ACS, CTR®). Los tubos se colocarán en el

digestor (Labconco®, mod. Rapid Digestor-25), y se llevará a un calentamiento

paulatino, aumentando cada 20 min, hasta llegar a 400°C hasta lograr que la muestra

tenga una coloración entre azul y verde. Los tubos se dejarán enfriar a temperatura

ambiente y se les agregarán 10 mL de agua destilada a cada tubo y se conectarán a un

destilador semi-automático (Labconco®, mod. RapidStill II), donde se le adicionará

hidróxido de sodio al 50%. El destilado se recibirá en un matraz conteniendo 6 mL de

ácido bórico al 5% y 4 gotas de indicador Shiro-Toshiro. El destilado se titulará con una

solución de ácido clorhídrico 0.1 N, previamente valorada. Para el cálculo del porcentaje

de proteína se utilizará la ecuación 5 (AOAC, 2000).

Ecuación 4

Donde:

V2=volumen en ml de HCl utilizado en la muestra, V1=volumen en ml de HCl utilizado

en la titulación del blanco, N=normalidad del HCl, m=peso de la muestra en gramos,

0.014=miliequivalente de nitrógeno y FEC=factor utilizado para conversión proteica.

- Cenizas

La determinación de cenizas se realizará por el método de mufla. Se pesarán de 1 a 2 g de

muestra, por triplicado, en crisoles a peso constante. La muestra se incinerará hasta el

cese de emisión de humos. Posteriormente se colocarán los crisoles en la mufla (Felisa®,

mod. FE-3140) para la calcinación de la muestra a 550˚C durante 5 horas

aproximadamente. Las muestras se dejarán enfriar y se pesarán, registrando el peso

correspondiente (AOAC, 2000). Para el cálculo del porcentaje de cenizas, se utilizará la

ecuación 6.

Ecuación 5

Donde:

P2=peso del crisol con cenizas, P1=peso del crisol vacío y m=peso de la muestra en

gramos.

- Carbohidratos totales

El cálculo de carbohidratos totales se realizará por el método de diferencia. En base a los

resultados obtenidos en las determinaciones anteriores, se obtendrá el contenido de

carbohidratos de la muestra analizada (AOAC, 2000). Para determinar el contenido de

carbohidratos totales se utilizará la ecuación 7.

% CHOS totales= 100 – (% de humedad + % de proteínas + % de cenizas + % de grasa)

Ecuación 6

D. Prueba sensorial

Nivel de agrado. La prueba se realizará en 120 consumidores. En esta prueba a cada

participante se le presentarán las muestras de pan (control y experimental) en una porción

de 5 a 10 g del alimento, contenidas en vasos plásticos de una onza e identificadas con

números aleatorios de tres dígitos. Las muestras se presentarán en forma monádica, bajo

un diseño aleatorizado, balanceado y contrabalanceado. Se le solicitará a cada

participante que pruebe cada muestra y que registre su nivel de agrado en una escala

hedónica de nueve categorías que comprenderá desde “me gusta muchísimo” hasta “me

disgusta muchísimo” contenida en la hoja de respuesta provista para tal fin. Los

consumidores enjuagarán su boca al inicio y entre muestras. La hoja de respuesta se

retirará después de cada evaluación (Lawless & Heymann, 2010).

E. Análisis de datos

Los datos provenientes del análisis fisicoquímico se analizarán mediante una prueba de t-

Student. Los datos provenientes de la prueba de aceptación en consumidor se analizarán

mediante ANOVA de una vía con comparaciones múltiples de Fisher y mediante chi-

cuadrada. Los datos de calidad microbiológica serán comparados con los límites

permisibles de la normatividad mexicana. Para los análisis estadísticos se utilizará el

programa XLSTAT versión 2019 (Addinsoft®, Francia), considerando como significancia

una p<0.05.

9. Cronograma de actividades

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

Recopilación de información

bibliográficaX X X

Captación de tesistas y

formulación de anteproyectosX X X X X

Fase Experimental X X X X X

Diseño de formulaciones con

sustitución parcial X X

Formulacioones y pruebas

sensoriales preliminaresX

Calidad microbiológica X

Pruebas sensoriales en

consumidorX

Pruebas fisicoquímicas X

Análisis de datos X X

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

Redacción de Resultados X X

Análisis de resultados y

discusiónX X X

Conclusiones X

Revisión de tesis X X X

Redacción de Informe Técnico X X X X X

ACTIVIDAD 2019

ACTIVIDAD2020

10. Instituciones, organismos o empresas de los sectores social, público o productivo participantes (Si aplica) En este proyecto se trabaja de manera conjunta con el Dr. Alfonso Larqué Saavedra, del

Centro de Investigación Científica de Yucatán A. C. (CICY).

11. Productos esperados o entregables

✓ Al menos una tesis de licenciatura con la formulación, rediseño y propiedades de

un alimento parcialmente sustituido.

✓ Reporte Técnico del proyecto con los principales resultados obtenidos.

12. Mecanismos de transferencia. (Si aplica) No aplica

13. Contribución e impacto del proyecto Formativo. Formar recursos humanos en la formulación, diseño y propiedades de los

alimentos.

Conocimiento: Fomentar el diseño y desarrollo de alimentos más nutritvos, saludables y

con potenciales propiedaes funcionales.

14. Impacto económico, social y/o ambiental en la región Salud. Obtener alternativas de alimentos de consumo habitual que sean más saludables

para la población, considerando que el alimento mejore su aporte nutrimental, sea

potencialmente funcional y conserve sus propiedades fisicoquímicas y sensoriales.

Ambiental: Dar un uso a recursos naturales de la biodiversidad mexicana en beneficio de

la población y en el caso de subproductos promover propuestas de uso que permitan

reducir su impacto en el deterioro ambiental.

Social y económico: Promover el uso de la semilla de Brosimum alicastrum Sw. en la

elaboración de alimentos, con la finalidad de fomentar su cultivo y favorecer la economía

de las familias campesinas del sureste mexicano. Asimismo, proponer alternativas de uso

al orujo de uva para regresarlo a la cadena de valor.

15. Referencias Beres, C., Costa, G. N. S., Cabezudo, I., da Silva-James, N. K., Teles, A. S. C., Cruz, A. P. G., … Freitas,

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16. Anexos