CARACTERIZACIÓN DEL EXTRACTO SÓLIDO Y SECO DE DOS GENOTIPOS DE CAMOTE (Ipomoea Batatas L.), GELATINIZADO Y FORTIFICADO CON RESIDUO SÓLIDO DE ZANAHORIA AMARILLA
(Dacus Carota)
AUTOR: ANA LUCÍA RUIZ TUAPANTE
Febrero, 2014
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALFACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA
1
JUSTIFICACIÓN
Caracterización del Extracto sólido y seco de dos genotipos de
Camote, Gelatinizado y Fortificado con Residuo Sólido de
Zanahoria Amarilla
LAS RAÍCES carbohidratos,
vitaminas, minerales y
antioxidantes
Nutricionales y antioxidantes Industria
alimenticia y nutraceútica extractos sólidos
deshidratados
La industria busca usos residuos sólidos,
zanahoria (carotenoides )
Gobierno Proyecto Camote Manabí
2
Objetivo General y Específicos
Rendimiento extracto sólido de camote
Efecto de gelatinización propiedades físico-químicas y
funcionales
Efecto de la fortificación valor nutricional
Caracterización del Extracto sólido y seco de dos genotipos de Camote Gelatinizado
y Fortificado con Residuo Sólido de
Zanahoria Amarilla
3
MATERIALES Y MÉTODOS
Camote morado y amarillo Residuo sólido zanahoria amarilla deshidratada
Materiales
Análisis proximal
Análisis mineral
Análisis químico
Análisis funcional
*Compuestos fenólicos *Antocianinas*Flavonoides*Poder antioxidante
Carotenoides
Compuestos fenólicos
Vitamina C Extracto sólido de camote morado y amarillo
4
Extracto Sólido De Camote (Morado y Amarillo)
Lavado
Pesado
Pelado Prensado
Pesado
ExtracciónTamizado
Pesado Pesado
Sellado
Extracto solido de camote
Extracto líquido
Rendimiento del extracto sólido de
camote
5
Diseño Experimental
FACTOR A: Genotipos de camotea0: Extracto sólido, genotipo 1: moradoa1: Extracto sólido, genotipo 2: amarillo
FACTOR B: Tratamiento de Gelatinizaciónb0:Sin gelatinización b1: Con gelatinización
FACTOR C: Tratamiento de FortificaciónC0: Sin fortificaciónC1: Con fortificación con residuo sólido zanahoria amarilla
AxBxC8 tratamientos3 repeticiones24 pruebas
6
TRATAMIENTO GELATINIZACIÓN
• 300 g• Estufa • 62 + 2 °C por 20 h
400 g Sartén 0 - 5 min: 30 °C 5 - 12 min: 65 °C12 - 25 min: 75 ° C25 - 35 min: 80 ° C35 - 40 min: Apagó
bo: Sin gelatinización b1:Con gelatinización
7
Diseño Experimental
FACTOR A: Genotipos de camotea0: Extracto sólido, genotipo 1: moradoa1: Extracto sólido, genotipo 2: amarillo
FACTOR B: Tratamiento de Gelatinizaciónb0:Sin gelatinización b1: Con gelatinización
FACTOR C: Tratamiento de FortificaciónC0: Sin fortificaciónC1: Con fortificación con residuo sólido zanahoria amarilla
AxBxC8 tratamientos3 repeticiones24 pruebas
8
TRATAMIENTO DE FORTIFICACIÓN
Reposición de carotenoides
Extracto
sólido de
camote
Residuo
sólido de
zanahoria
amarilla
Carotenoides inicial
EXTRACCIÓN
SIN Y CON GELATINIZACI
ÓN
c1: Con Fortificación con residuo sólido zanahoriaco: Sin Fortificación
No se adicionó residuo sólido de zanahoria amarilla
9
Diseño Experimental
FACTOR A: Genotipos de camotea0: Extracto sólido, genotipo 1: moradoa1: Extracto sólido, genotipo 2: amarillo
FACTOR B: Tratamiento de Gelatinizaciónb0:Sin gelatinización b1: Con gelatinización
FACTOR C: Tratamiento de FortificaciónC0: Sin fortificaciónC1: Con fortificación con residuo sólido zanahoria amarilla
AxBxC8 tratamientos3 repeticiones24 pruebas
10
Diseño Experimental
• TratamientosTratamientos Descripción
1 a0b0c0 Extracto sólido morado, sin gelatinización, sin fortificación
2 a0b0c1 Extracto sólido morado, sin gelatinización, con fortificación
3 a0b1c0 Extracto sólido morado, con gelatinización, sin fortificación
4 a0b1c1 Extracto sólido morado, con gelatinización, con fortificación
5 a1b0c0 Extracto sólido amarillo, sin gelatinización, sin fortificación
6 a1b0c1 Extracto sólido amarillo, sin gelatinización, con fortificación
7 a1b1c0 Extracto sólido amarillo, con gelatinización, sin fortificación
8 a1b1c1 Extracto sólido amarillo, con gelatinización, con fortificación
Diseño Experimental
11
P. Físico-químicas P. funcionales*Almidón * Poder antioxidante* Amilosa * Antocianinas* T inicial g. * Flavonoides*Grado de gelatinización * Compuestos *(IAA,ISA, PH) fenólicos* pH* Azúcares invertidos* Carotenoides
Evaluación del Efecto de gelatinización
* Carotenoides * Color (L,H) * C. fenólicos * Digestibilidad in vitro del almidón (% Almidón hidrolizado, k)
Evaluación del Efecto fortificación
EXTRACTO SÓLIDO DE CAMOTE MORADO Y AMARILLO
(GENOTIPOS)
Camote
GELATINIZACIÓN
SELECCIÓN DE LOS MEJORES TRATAMIENTOS
Extracto sólido camote gelatinizado y sin gelatinizar
DISEÑO AxBxC
8 TRATAMIENTOS
Previo a la fortificación
Variables dependientes o medición - Diseño Experimental
Residuo sólido
de zanahoria amarilla
FORTIFICACIÓN
12
Todos tratamientos (8)
Selección De Los Mejores Tratamientos
1) Carotenoides
2)Compuestos Fenólicos
3) Almidón hidrolizado 60min
4)MatizTrigo refinada, trigo
integral, Maíz amarillo, salvado
(±10 %)
Mejor Tratamiento (Proximal, Mineral
Vitamina C)
13
P. Físico-químicas P. funcionales*Almidón * Poder antioxidante* Amilosa * Antocianinas* T inicial g. * Flavonoides*Grado de gelatinización * Compuestos *(IAA,ISA, PH) fenólicos* pH* Azúcares invertidos* Carotenoides
Evaluación del Efecto de gelatinización
* Carotenoides * Color (L,H) * C. fenólicos * Digestibilidad in vitro del almidón (% Almidón hidrolizado, k)
Evaluación del Efecto fortificación
EXTRACTO SÓLIDO DE CAMOTE MORADO Y AMARILLO
(GENOTIPOS)
Camote
GELATINIZACIÓN
SELECCIÓN DE LOS MEJORES TRATAMIENTOS
ANÁLISIS - APLICACIONES EN EL CONSUMO HUMANO
Extracto sólido camote gelatinizado y sin gelatinizar
DISEÑO AxBxC
8 TRATAMIENTOS
Previo a la fortificación
Variables dependientes o medición - Diseño Experimental
Residuo sólido
de zanahoria amarilla
FORTIFICACIÓN
14
Todos tratamientos (8)
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Composición inicial en Materiales
Residuo sólido zanahoria amarilla deshidratada
Camote morado y amarillo
MORADO Mayor contenido• Proteína• Mg, Cu• Azúcares
invertidos• Sólidos solubles• Antoianinas• Flavonoides
AMARILLOMayor contenido·Carotenoides
Residuo sólido de zanahoria amarilla
Carotenoides274 µg β-caroteno·(g)-1
Compuestos fenólicos273,77 mg C.fenólicos·(100 g)-1
Ácido ascórbico 34,61 mg A. ascórbico··(100 g)-1
> +100% Carotenoides Camote
≈ C.Fenólicos Camote
> +100% A. ascórbico Camote
En comparación con el contenido de camote
15
Rendimiento del Extracto sólido de camote
24 % en el extracto sólido de camote amarillo y morado
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
16
P. Físico-químicas P. funcionales*Almidón * Poder antioxidante* Amilosa * Antocianinas* T inicial g. * Flavonoides*Grado de gelatinización * Compuestos*(IAA,ISA, PH) fenólicos* pH* Azúcares invertidos* Carotenoides
Evaluación del Efecto de gelatinización
* Carotenoides * Color (L,H) * C. fenólicos * Digestibilidad in vitro del almidón (% Almidón hidrolizado, k)
Evaluación del Efecto fortificación
EXTRACTO SÓLIDO DE CAMOTE MORADO Y AMARILLO
(GENOTIPOS)
Camote
GELATINIZACIÓN
SELECCIÓN DE LOS MEJORES TRATAMIENTOS
ANÁLISIS - APLICACIONES EN EL CONSUMO HUMANO
Extracto sólido camote gelatinizado y sin gelatinizar
Todos los tratamientos (8)
8 TRATAMIENTOS
Previo a la fortificación
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Residuo sólido
de zanahoria amarilla
FORTIFICACIÓN
17
DISEÑO AxBxC
Efecto de Gelatinización propiedades físicoqu.
INFLUYÓGelatinización
Amilosa
Grado de gelatinización
Propiedades funcionales almidón
Carotenoides
ISA
Análisis de varianza yPrueba de rango múltiples Tukey (p<0,05)
ISA0 .0 0
2 .0 0
4 .0 0
6 .0 0
8 .0 0
1 0 .0 0
1 2 .0 0
1 4 .0 0
1 6 .0 0
1 8 .0 0*12,1
5
*15,25
% IS
A
a b
Sin Con gelatinización gelatinización
ISA Y PH (Alto grado de gelatinización
Propiedades físico-químicasEvaluación del Efecto de Gelatinización
disminuyó 11 % gelatinizadas
33 % gelatinizadas
incrementó 26 % gelatinizadas
disminuyó 53 % gelatinizadas
Temperatura + elevadaExposición luz Exposición oxigenación(Ordoñez et al. 2009)
ISACristalina almidón
60% Humedad; azúcar, lípidos, proteína (Lajolo y Menezes, 2006)
No influyo IAA, PH
NO influyó• Almidón• P. funcionales del almidón (IAA, PH)• pH• Azúcares invertidos
A milo sa
23.0024.0025.0026.0027.0028.0029.0030.00 *28,81
*25,60
% A
milo
sa
a
b
Sin Con gelatinización gelatinización
C aro ten o id es
0 .0 0
2 .0 0
4 .0 0
6 .0 0
8 .0 0
1 0 .0 0
1 2 .0 0 *10,80
*5,10
µg β
-car
oten
o·(g
)-1
b
a
Sin Con gelatinización gelatinización
µg β
-car
oten
o·(g
)-
1
*xH ; n =6; a,b diferencias significativas
Cadenas desprendieronEstructura cristalina
18
P. Físico-químicas P. funcionales*Almidón * Poder antioxidante* Amilosa * Antocianinas* T inicial g. * Flavonoides*Grado de gelatinización * Compuestos*(IAA,ISA, PH) fenólicos* pH* Azúcares invertidos* Carotenoides
Evaluación del Efecto de gelatinización
* Carotenoides * Color (L,H) * C. fenólicos * Digestibilidad in vitro del almidón (% Almidón hidrolizado, k)
Evaluación del Efecto fortificación
EXTRACTO SÓLIDO DE CAMOTE MORADO Y AMARILLO
(GENOTIPOS)
Camote
GELATINIZACIÓN
SELECCIÓN DE LOS MEJORES TRATAMIENTOS
ANÁLISIS - APLICACIONES EN EL CONSUMO HUMANO
Extracto sólido camote gelatinizado y sin gelatinizar
Todos los tratamientos (8)
8 TRATAMIENTOS
Previo a la fortificación
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Residuo sólido
de zanahoria amarilla
FORTIFICACIÓN
19
DISEÑO AxBxC
Efecto de Gelatinización propiedades funcionales
Poder antioxidante0
5
1 0
1 5
2 0
2 5
3 0
3 5
4 0
4 5
5 0
*28,82
*43,45
mg
BHA
E·(1
00g)
-1 ba
Sin Con gelatinización gelatinización
Evaluación del Efecto de GelatinizaciónPropiedades funcionales No influyó
• Compuestos fénólicos
INFLUYÓGelatinización
Poder antioxidante
FlavonoidesAntocianinas
A n to cian in as
0
0 .5
1
1 .5
2
2 .5
*1,91
*1,26
mg
C-3G
·E(1
00g)
-1
ab
Sin Con gelatinización gelatinización
incrementó 51 % gelatinizadas
incrementó 78 % gelatinizadasDisminuyó 34 % gelatinizadas
Temperatura + elevadaExposición luz Exposición oxigenación(Patras et al 2010)
Genotipos de camote Maíz, tomates térmico (Huang et al., 2006)
Inactivación polifenoloxidasaEstabilidad(Patras et al 2010) Fl avo n o i d e s
0
0 .5
1
1 .5
2
2 .5
3
3 .5
4
4 .5
*2,16
*3,85
mg
QE·
(100
g)-1
a
b
Sin Con gelatinización gelatinización
Análisis de varianza yPrueba de rango múltiples Tukey (p<0,05)
*xU ; n =6a,b diferencias significativas 20
P. Físico-químicas P. funcionales*Almidón * Poder antioxidante* Amilosa * Antocianinas* T inicial g. * Flavonoides*Grado de gelatinización * Compuestos*(IAA,ISA, PH) fenólicos* pH* Azúcares invertidos* Carotenoides
Evaluación del Efecto de gelatinización
* Carotenoides * Color (L,H) * C. fenólicos * Digestibilidad in vitro del almidón (% Almidón hidrolizado, k)
Evaluación del Efecto fortificación
EXTRACTO SÓLIDO DE CAMOTE MORADO Y AMARILLO
(GENOTIPOS)
Camote
GELATINIZACIÓN
SELECCIÓN DE LOS MEJORES TRATAMIENTOS
ANÁLISIS - APLICACIONES EN EL CONSUMO HUMANO
Extracto sólido camote gelatinizado y sin gelatinizar
Todos los tratamientos (8)
8 TRATAMIENTOS
Previo a la fortificación
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Residuo sólido
de zanahoria amarilla
FORTIFICACIÓN
21
DISEÑO AxBxC
Efecto de la Fortificación sobre el valor nutricional
INFLUYÓFortificación
Carotenoides
Digestibilidad in vitro almidón
Color
NO INFLUYÓ• Compuestos fénólicos• %Almidón hidrolizado a 60 min Digestibilidad in vitro almidón
Repuso 103 % inicial
k0
0 .0 0 5
0 .0 1
0 .0 1 5
0 .0 2
0 .0 2 5
0 .0 3
0 .0 3 5*0,030
*0,023
k(m
in-1
)
ba
Sin fortificación Con fortificación
Residuo s. zanahoria amarillaVelocidad(k) disminuyóAlmidón Maltosa Fibra reduce activid. α-amilasa
Disminuyó 23% fortificadas
L,H fortificadas< L.H h.trigo reftin< L.H. h. maíz amarillo ≈ Salvado de trigo
Disminuyeron «L» y «H» Oscuras y Rojas
Análisis de varianza yPrueba de rango múltiples Tukey (p<0,05)
*xU ; n =6a,b diferencias significativas
L H6 2
6 4
6 6
6 8
7 0
7 2
7 4
7 6
7 8
*73,56b*75,61b
*66,56a
*72,41a
Sin fortificación Con fortificación
«L»«H»
No influyo % Almidón hidrolizado 60 min
«k»
22
aobo
co
aobo
c1
aob1
co
aob1
c1
a1bo
co
a1bo
c1
a1b1
co
a1b1
c10.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
18.00
(
µg
β-c
aro
ten
o·(
g)-
1
aobo
co
aobo
c1
aob1
co
aob1
c1
a1bo
co
a1bo
c1
a1b1
co
a1b1
c10.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
(mg
GA
E·(
100
g)-1
)
Tratamientos preseleccionados Tratamiento seleccionado
a1b1c1Extracto sólido amarillo, con gelatinización , con fortificación
Selección del Mejor Tratamiento
• 16 µg β-caroteno·(g)-1
• 81,16 % almidón hidrolizado • H= 71,66• 89,77 mg compuestos
fenólicos·(100 g)-1
Carotenoides Compuestos fenólicos
aobo
co
aobo
c1
aob1
co
aob1
c1
a1bo
co
a1bo
c1
a1b1
co
a1b1
c10
10
20
30
40
50
60
70
80
90
(%)
aobo
co
aobo
c1
aob1
co
aob1
c1
a1bo
co
a1bo
c1
a1b1
co
a1b1
c166
68
70
72
74
76
78
80
(H
)Almidón hidrolizado a 60 min Matiz
23
Extracto sólido amarillo, con
gelatinización , con
fortificación
Composición Proximal
Vitamina C
Composición Mineral
HARINA DE TRIGO (ADITIVO)
SALVADO DE TRIGO (SUSTITUTO)
DESECHOS DE REMOLACHA Y
ZANAHORIA AMARILLA
COMPOSICIÓN PROXIMAL, MINERAL, VITAMINA CExtracto sólido amarillo con gelatinización con fortificación
COMPARÓ CON:
24
Aditivo de la harina de trigo refinada
ANÁLISIS DE POSIBLES APLICACIONES PARA EL CONSUMO HUMANO
• Aditivo de la harina de trigo refinada productos ricos fibra
Matiz ≈ Salvado de trigo
Fibra (7,08%) menor salvado de trigo (-40%) mayor harina de t. refinada (+283 %)
Mineralmayor harina de t. refinada (todos elementos) mayor salvado de trigo (Ca, K, Na)
Vitamina C (14,02 mg L-AAE·(100 g)-1)No contiene salvado de trigoNo contiene harina de t. trigo refinada
25
Composición proximal vs salvadoCOMPOSICIÓN PROXIMAL
Extracto sólido amarillo con gelatinización con fortificación VS
Cenizas 0
1
2
3
4
5
6 5.7
3
%
Extracto
5.10
0.2
Proteína
19
3
Fibra
12
7
ELN
59
86
Etéreo
-40 %*
x100%
Composición proximal vs harina trigoCOMPOSICIÓN PROXIMALCOMPOSICIÓN PROXIMAL
Extracto sólido amarillo con gelatinización con fortificación VS
EtéreoCenizas
0
0 .5
1
1 .5
2
2 .5
3
3 .5
0.4
3
%
Extracto
1.19
0.2
Proteína
13
3
Fibra
2
7
ELN
84
86
+283 %
x100%
Aditivo de la harina de trigo refinada
ANÁLISIS DE POSIBLES APLICACIONES PARA EL CONSUMO HUMANO
• Aditivo de la harina de trigo refinada productos ricos fibra
Matiz ≈ Salvado de trigo
Fibra (7,08%) menor salvado de trigo (-40%) mayor harina de t. refinada (+283 %)
Mineralmayor harina de t. refinada (todos elementos) mayor salvado de trigo (Ca, K, Na)
Vitamina C (14,02 mg L-AAE·(100 g)-1)No contiene salvado de trigoNo contiene harina de t. trigo refinada
28
COMPOSICIÓN MINERALExtracto sólido amarillo con gelatinización con fortificación VS
Ca0
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
13
210
mg·
(100
g)-1
P
98
110
Mg
27
30
K
83
1,670
Na
21
90
Cu 0
0 .5
1
1 .5
2
2 .5
3
3 .5
4
4 .5
2
4
ppm
Fe
14
17
Zn
12
8
98
110110
27
30
83
1670
21
90
+1515% +1912% +329%+12% +11%+100% +21%
x100%
Ca0
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
74
210
mg·
(100
g)-1
P
959
110
Mg
611
30
K
1243
1670
Na
15
90
Cu 0
2
4
6
8
1 0
1 2
10
4ppm
Fe
99
17
Mn
115
6
Zn
84
8
COMPOSICIÓN MINERALExtracto sólido amarillo con gelatinización con fortificación VS
110
210 959611
30
1243
1670 90
15
10
4
99
17
115
84
184% 34% 500%
Aditivo de la harina de trigo refinada
ANÁLISIS DE POSIBLES APLICACIONES PARA EL CONSUMO HUMANO
• Aditivo de la harina de trigo refinada productos ricos fibra
Matiz ≈ Salvado de trigo
Fibra (7,08%) menor salvado de trigo (-40%) mayor harina de t. refinada (+283 %)
Mineralmayor harina de t. refinada (todos elementos) mayor salvado de trigo (Ca, K, Na)
Vitamina C (14,02 mg L-AAE·(100 g)-1)No contiene salvado de trigoNo contiene harina de t. trigo refinada
31
ANÁLISIS DE POSIBLES APLICACIONES PARA EL CONSUMO HUMANO
• Fortificante natural , deficiencia de vitamina A y desnutrición niños 5 años
Carotenoides (16 µg β-caroteno·(g)-1)100g 44% RDA niños
Vitamina C (14,02 mg L-AAE·(100 g)-1)Incrementa la absorción Fe (no hem)100 g 24 % RDA niños
Carbohidratos ELN (86%)
Alimentos proteína, hierro, ácido fólico
32
FUENTE DE ANTIOXIDANTES
SUPLEMENTO DE FIBRA
ANÁLISIS DE POSIBLES APLICACIONES PARA EL CONSUMO HUMANO
• Producto funcional
Compuestos fenólicos
89,77 mg GAE∙(100 g)-1
Carotenoides16 µg β-caroteno·(g)-1)
Vitamina C 14,02 mg L-AAE·(100 g)-1)
Fibra Extracto
seleccionado
(7,08%)
Fibra Desechos sólidos de
zanahoria y remolacha
33
ANÁLISIS DE POSIBLES APLICACIONES PARA EL CONSUMO HUMANO
• Sustituto parcial del trigo en alimentos instantáneos
AMILOSA BAJO (26,3 %), Espesantes, estabilizante, etc
DIGESTIBILIDAD
81,16%
34
CONCLUSIONES• El porcentaje de gelatinización fue en promedio del 33 %.
• Por efecto de la gelatinización, el nivel de amilosa, carotenoides y antocianinas disminuyó significativamente (p < 0,05) en un 11 %, 53 % y 34 %, respectivamente mientras que se incrementó el ISA, poder antioxidante, flavonoides, y digestibilidad en un 26 %, 51 % 78 % y 11% respectivamente. Además el matiz de las muestras disminuyó volviéndolas más rojas.
• Por efecto de la fortificación, la «L», «M» y «k» disminuyó significativamente.
35
CONCLUSIONES
En extracto sólido amarillo, con gelatinización, con fortificación 86,42 % de carbohidratos, 7,07 % de fibra, 3,33 % de proteína y 2,97 % de ceniza. Además un alto contenido de potasio (1670 mg·(100 g)-1), entre otros minerales y un contenido de vitamina C (14,02 mg L-AAE·(100 g)-1)
36
RECOMENDACIONES
• Recuperación de extracto sólido de camote (eliminar nivel
artesanal).
• Probar otros métodos de gelatinización.
• Análisis sensorial.
• Estudio de rentabilidad (competir en precio)
37
38
MUCHAS GRACIAS
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