CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES-Artículo Científico

EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES REOLÓGICAS DE PASTAS DE AJONJOLÍ ARTESANAL Y TECNIFICADA

EVALUATION OF RHEOLOGICAL PROPERTIES OF ARTISAN AND TECHNIFIED SESAME PASTA

Diofanor Acevedo1, Yesid Marrugo 2, Piedad Montero 3

1Ing. Alimentos, Doctor en Ing. Alimentos, Docente Universidad de Cartagena, Programa Ingeniería de Alimentos, Cartagena Colombia. e-mail: [email protected]

2Ing. Alimentos, M.Sc. Ciencia y Tecnología de Alimentos, Docente Universidad de Cartagena, [email protected]

3 Ing. Alimentos, M.Sc. Ciencia y Tecnología de Alimentos, Docente Universidad de Cartagena. [email protected]

Rev. U.D.C.A Act. & Div. Cient. 16(1): 245 - 251, 2013


RESUMEN

Las pastas de ajonjolí son una suspensión coloidal compuesta, principalmente, de sólidos hidrófilos suspendidos en aceite. En este trabajo, se elaboraron dos tipos de pastas de ajonjolí: una por el método artesanal y la otra mediante una técnica tecnificada; posteriormente, se le realizaron análisis proximales y se determinaron los efectos de los procesos de elaboración en el comportamiento reológico y la estabilidad. El perfil de viscosidad obtenido para las pastas indicó un comportamiento pseudoplástixco. La sinéresis de la pasta elaborada artesanalmente fue mayor, siendo de 40%, mientras que para la pasta tecnificada fue de 15%, razón por la cual, fue más estable. Por lo que se concluye, que el proceso tecnificado es más eficiente y recomendable para la elaboración de este tipo de productos.

Palabras clave: Inestabilidad, suspensión, módulos viscoelásticos, sinéresis.


SUMMARY

Sesame pastes are a colloidal suspension composed mainly of hydrophilic solids suspended in oil. In this work two types of sesame paste, one obtained by the traditional process and the other one through a technified process were produced; proximate analyzes were performed and the effects of manufacturing processes on the rheological behavior and stability was determined. The viscosity profile obtained for both samples indicated a typical behavior of pseudoplastic. The syneresis observed for the paste elaborated in the traditional maner was higher, being 40%, whereas that for tech paste was 15%, reason for the higher stability of the latter one. It is concluded that the technified process is more efficient and recommended for the development of this product type.

Key words: Instability, suspension, modules viscoelastic, syneresis.


INTRODUCCIÓN

Colombia es el tercer país productor de ajonjolí (Sesamun indicum) en Latinoamérica, con 2668 hectáreas cultivadas y una producción anual de 1949t (Ministerio de Agricultura, 2010). Es cultivado en los departamentos de Magdalena, Bolívar, Sucre, Córdoba y Tolima que, actualmente, no cuentan con las técnicas postcosechas apropiadas para prolongar la vida útil que permita, mayor tiempo de conservación. Asimismo, carecen de la tecnología de transformación que les brinde la posibilidad de obtener nuevos productos para comercializar (Ministerio de Agricultura, 2010). El ajonjolí tiene un alto valor nutritivo, por la gran cantidad de proteínas, lípidos e importantes minerales y vitaminas (Seed et al. 2004; Namiki, 2007). Es de resaltar su contenido de proteína, que oscila entre 12 a 23% y el contenido de aceite, entre 40 y 60%; la calidad de su aceite esencialmente con alto contenido de ácido linoleico (35 a 41% del aceite total) (Sayed, 2010; FAO, 2006; Kahyaoglu & Kaya, 2006; Namiki, 2007). Tradicionalmente, los pobladores de los municipios productores de ajonjolí en los Montes de María (Bolívar-Colombia), elaboran una pasta de manera artesanal, que hacen parte de su dieta básica (Ministerio de Agricultura, 2010). La pasta de ajonjolí es un tipo de suspensión coloidal compuesta, principalmente, de sólidos hidrófilos suspendidos en aceite, al ser un residuo de la extracción del mismo, por ello, presenta una gran cantidad de proteína (45-50%), de fibra cruda (5-7%) y, comúnmente, es usada como ingrediente para postres cremosos y salsas (Mohammad et al. 2006; Borchani et al. 2010; Ahmad, 2012). Durante la producción de la pasta, las semillas seleccionadas son descascaradas mecánicamente, tostadas y molidas (Cunningham et al. 2007; Razavi et al. 2007; Alpaslan, & Hayta, 2002). La inestabilidad coloidal es el principal problema que presenta la pasta durante el almacenamiento, por producir la sedimentación de las partículas sólidas, causando el rechazo del consumidor (Abu et al. 2002; Altay et al. 2005; Razavi, et al. 2007; Ahmad, 2012).

La reología estudia la deformación y el flujo de la materia, es importante en la formulación, procesamiento, transporte y almacenamiento de alimentos, especialmente para emulsiones y suspensiones (Steffe, 1996). Los fluidos viscoelásticos alimenticios son aquellos que presentan, conjuntamente, propiedades de flujo viscoso y sólido elástico (Arslan et al.2005). Las propiedades viscoelásticas son muy útiles en el diseñ y en la predicción de la estabilidad de muestras almacenadas (Deniz et al. 2008). Un reómetro es un equipo que se usa para medir la forma en que fluye un líquido, mezcla o suspensión, bajo la acción de fuerzas externas (Abu, 2004).

En los ensayos reológicos dinámicos, se aplica, de forma oscilatoria, una pequeña deformación sobre un fluido viscoelástico y se mide la amplitud de la respuesta del esfuerzo y del ángulo de fase (Steffe, 1996; Alpaslan & Hayta, 2002; Arslan et al. 2005). El módulo de almacenamiento (GÂ') o componente elástico del producto, proporciona información sobre la estructura presente en el material y representa la energía almacenada en los cuerpos elásticos de la muestra; el módulo de pérdida (G'') representa el carácter viscoso y la energía disipada del material (Deniz et al. 2008; Mohammad et al. 2006; Liu et al. 2007). Se determinan mediante las ecuaciones 1 y 2:

Donde τ0 y γ0 son, respectivamente, las amplitudes de las ondas del esfuerzo y de la deformación y δ es el ángulo de desfase. La razón de G'' sobre G' se ha definido como la tangente de perdidad (tan δ) ecuación (3) y describe los efectos de los componentes viscosos y elásticos en el comportamiento viscoelástico (Deniz et al. 2008).

Expresando las funciones armónicas (1) y (2) en forma compleja, se llega a la ecuación (4).

Donde i es una raíz imaginaria o compleja, producto de la combinacion de las funciones seno y coseno, G* es el mó-dulo complejo o dinámico, en el comportamiento viscolelástico. En el caso de un sólido elástico, la onda está en fase δ'=0°, y G*=G', G''=0. En un fluido viscoso ideal δ'=90° y G''=G*, G'=0. Por consiguiente, el ángulo de desfase en los fluidos viscoelásticos varía entre 0 y 90° (Obiajunwa et al. 2005; Steffe, 1996; Liu et al. 2007). Cuando un fluido presenta comportamiento pseudoplástico, los valores de G' > G'', lo cual, indica que las propiedades elásticas dominan sobre las viscosas (Deniz et al. 2008). Considerando lo anterior, el objetivo del presente trabajo fue determinar los efectos de los procesos de elaboración artesanal y tecnificado, en el comportamiento reológico y estabilidad de las pastas de ajonjolí.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se emplearon semillas de ajonjolí S. indicum), recolectadas con un tiempo de maduración de 80 a 130 días, en el Municipio de Córdoba-Bolívar (Colombia). Estudios previos indican que la composición de este tipo de semillas está representada por un contenido de proteínas del 8-17%, entre 50-60%, aceite; un 3,2-3,4%, de fibra cruda; un 18-20%, carbohidratos y sólidos solubles; un 5,7-5,8%, cenizas y entre un 5,1-6,1%, de humedad; a su vez, son muy ricas en minerales, tales como calcio, fósforo y vitamina E (Sayed, 2010; Borchani et al. 2010; Namiki, 2007; Obiajunwa et al. 2005; Seed et al. 2004).

Las pruebas experimentales, se realizaron en las plantas pilotos del programa ingeniería de alimentos y en los laboratorios del grupo de investigación NUSCA, de la Universidad de Cartagena.

Elaboración artesanal de la pasta untable: Para este proceso, se tomaron 1000g de semillas de ajonjolí enteras húmedas y descortezadas, que se limpiaron y se tostaron en una estufa convencional (Hakee Ltda), a 130°C, durante 35 min, hasta que se obtuvo un color café claro. Posteriormente, se pasaron por un molino manual para granos (Corona, Instruments Ltda), hasta obtener la harina. Se le agregó 20% de agua mezclada con 10g de sal y se homogenizó manualmente, durante 10min, hasta que se consiguió la consistencia deseada. La pasta terminada fue envasada en recipientes de vidrio cerrados herméticamente (FAO, 2006; Mohammad et al. 2006; Cunningham et al. 2007).

Elaboración tecnológica de la pasta untable: Se utilizaron 1000g de semillas de ajonjolí y se les realizó la adecuación y la limpieza para eliminar impurezas; después, se sumergieron en 6L de agua (T = 18 ± 2°C), durante 12 horas. Las semillas remojadas fueron exprimidas y sumergidas durante cinco minutos, en 8L de solución salina al 23%, para separar las cascaras mecánicamente (Alpaslan & Hayta, 2002; Elleuch et al. 2007). Posteriormente, las semillas descortezadas y lavadas, se tostaron en un horno convencional (HE2750-Challerger S.A), a 140°C, durante 30 min y se molieron en un molino mecánico de discos (Corona Instruments Ltda.), para granos, hasta que se obtuvo una harina fina, que se mezcló con 0,10% de sal y homogenizada, en un homogeneizador (de alta cizalla del tipo rotor-estator: IKA Super Dispax, Labtech Ltda), por 2 min, hasta que se obtuvo un producto con consistencia cremosa. La pasta terminada fue envasada en recipientes de vidrio cerrados herméticamente. Se le aplicó un tratamiento de pasteurización a 95°C por 10 min, contados a partir de que el agua comenzó a hervir. Las pastas fueron almacenadas a una temperatura de refrigeración de 4°C (Altay et al. 2005; Mohammad et al. 2006).

Análisis proximales: Fueron realizados a las semillas y las pastas, siguiendo la metodología empleada por la AOAC (Asociación Oficial de Químicos Analíticos) (2003): el contenido de humedad, por el método N° 938,08; proteínas, por el método N° 976,05; grasa, mediante N° 933,05; fibra cruda, método N° 962,09 y, carbohidratos, por diferencias.

Medida de la sinéresis: Después de dos días de almacenamiento refrigerado a 4°C, se agitaron las pastas por 2 min, a 400rpm, en un agitador magnético y, posteriormente, se centrifugaron a 5000g a 20°C, en una centrífuga compacta (Ciedutec Ltda). La sinéresis, se calculó como la cantidad de líquido que se separa del producto, debido a la centrifugación con relación a la masa total de la pasta que fue centrifugada (Lucey, 2001; Aichinger et al. 2003; Acevedo et al. 2010).

Pruebas reológicas: Se tomaron tres muestras de 300g de las pastas. Las medidas viscoelásticas, se realizaron en un reómetro TA AR 1500® TA Instruments Ltda.), utilizando el sensor de platos concéntricos (40mm steel plate). Previo a la medición, todas las muestras se dejaron en reposo durante 15 minutos, para permitir la relajación de las mismas (Amatayakul & Sherkat, 2006; Kristo et al. 2003). Para cada muestra, se efectuaron ensayos de barrido de amplitud (stra- in sweep); se eligió el valor de la deformación, se determinó el rango de viscoelásticidad lineal y se procedió a realizar el barrido de frecuencia (frequency sweep), en un rango entre 0,1 a 10Hz, para cada una de las muestras, a una deformación previamente determinada. La temperatura de las muestras, se mantuvo a 25 ±0,1°C. El proceso fue automáticamente controlado por el programa TA Universal Analysis Versión 5,2®, instalado en un ordenador PC, conectado al reómetro y el análisis de los datos reológicos, se ejecutó utilizando el software Rheology Advantage Data Analysis Version 5,7®. Los resultados de los ensayos, se expresaron en términos de (G') y (G''), en función de la frecuencia de la deformación (Deniz et al. 2008; Liu et al. 2007; Mohammad et al. 2006). A Las pastas colocadas en el reómetro, se les produjo un ciclo de deformación de 0,0716 a 100S-1 en 60 segundos; los datos de las curvas fueron ajustados, por medio del software Bohlin Rheometer, a los modelos de Herschel-Bulkley y, el modelo de potencia, obteniendo los valores de los parámetros reológicos: índice de flujo n, el umbral de fluencia s0, y el coeficiente de consistencia K (Deniz et al. 2008; Razavi et al. 2007).

Diseño experimental: En esta investigación, se estudiaron dos tratamientos: la pasta obtenida artesanalmente y la pasta con proceso tecnológico, con tres repeticiones, en un diseñ experimental totalmente aleatorio. Las variables respuesta fueron: los análisis proximales (contenido de proteína, grasa, humedad, fibra, carbohidratos), la determinación de sinéresis (coeficiente de consistencia, índice de flujo) y las propiedades reológicas (módulos de almacenamiento y de pérdida), las cuales, se realizaron por triplicado; se utilizó el programa Graph PadInstats versión 3.1. Para el análisis de los datos, se aplicó un análisis de varianza (ANOVA) y el análisis de medias, mediante un test de Tukey-Kramer; se fijó el nivel de significancia a p< 0,05.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la tabla 1, se observa que la pasta artesanal presenta mayor porcentaje de humedad que la tecnificada, debido a la adición de agua en la elaboración, lo que ocasiona que tenga menor estabilidad y vida útil. La pasta tecnifica presentó mayor porcentaje de carbohidratos, lo que puede contribuir a la estabilidad de la suspensión, resultados similares fueron obtenidos por Cunningham et al. (2007); Deniz et al. (2008) y Borchani et al. (2010).

La sinéresis de la pasta artesanal fue de 40% y para la pasta tecnificada fue de 15%; estas diferencias son debidas al mayor porcentaje de humedad en la pasta artesanal, lo cual, hace esta suspensión menos estable. Resultados similares fueron obtenidos para geles de productos lácteos por Aichinger et al. (2003) y Acevedo et al. (2010).

Los cambios en los módulos elásticos y de pérdidas con el aumento de la frecuencia, se muestran en las figuras 1 y 2. En todas las muestras analizadas, (GÂ') fue mayor que (G''), aunque en la pasta artesanal las diferencias entre los módulos son menores, porque presenta un comportamiento menos elástico, debido, principalmente, al alto contenido humedad (Deniz et al. 2008; Mohammad et al. 2006; Razavi et al. 2007). El alto valor de (GÂ') en la pasta tecnificada es un indicativo de la fuerte interacción de las partículas y de una estructura tipo red estable (Auty et al. 2005).

La información que se obtiene, a través de estas medidas dinámicas (u oscilatorias), es la contribución a la estructura interna de la muestra de las porciones elástica (G') y viscosa (G'') (Pa), respectivamente, y la viscosidad compleja (η*)(Pa. s). Se espera que (G') esté relacionado a la elasticidad y la viscosidad compleja a la cohesividad (estimación de la cantidad de deformación antes de la ruptura) (Mohammad et al. 2006; Liu et al. 2007; Cunningham et al. 2007).

Las curvas de flujo de las pastas, se muestran en la figura 3; todas presentaron comportamiento pseudoplástico o de adelgazamiento al corte. Se probaron con los modelos de Herschel - Burkley y la ecuación de potencia y el modelo que mejor se ajustó fue la ley de potencia, porque presentó los mayores coeficientes de correlación 0,997.

Mediante mediciones reológicas rotacionales, se determinó el perfil de viscosidad compleja (η*), lo cual, se muestra en la figura 4.

La viscosidad disminuyó al aumentar velocidad de corte, indicando un perfil típicamente pseudoplástico, lo que coincide con lo descripto en la bibliografía (Steffe, 1996; Elleuch et al. 2007; Deniz et al. 2008; Acevedo et al. 2010).

El comportamiento reológico de la pasta de ajonjolí ha sido informado como pseudoplástico y tixotrópico (Alpaslan & Hayta, 2002; Abu et al. 2002; Altay, 2005). Aunque, al igual que en el presente trabajo, no se tomó en cuenta la distribución del tamañ de partícula; no obstante, este debe ser estudiado a fondo en futuras investigaciones, ya que puede desempeñar un papel importante en las propiedades reológicas y la estabilidad coloidal de la pasta de ajonjolí analizada.

El aumento de la velocidad de corte produce un dañ irreversible en la estructura de las pastas, lo cual, ocasiona la separación en dos fases: una fase liquida y otra sólida (Moham- mad et al. 2006; Cunningham et al. 2007). Las propiedades de flujo se ven afectadas significativamente por el porcentaje de agua, que produce disminución del coeficiente de consistencia, mientras aumenta el índice de comportamiento de flujo (Deniz et al. 2008; Liu et al. 2007). El coeficiente de consistencia K y el índice de comportamiento de flujo n de las muestras, se muestran en la tabla 2.

La pasta artesanal presentó menor K y mayor n, que la pasta elaborada tecnológicamente, debido al contenido de humedad que la hace más fluida, resultados que coinciden con los reportados por Cunningham et al. (2007); Mohammad et al. (2006); Razavi et al. (2007); Deniz et al. (2008).

De los resultados anteriores, se concluye que para ambas pastas de ajonjolí, artesanal y tecnificada, el porcentaje de carbohidratos y de agua determinaron, en gran medida, su estabilidad y sus propiedades reológicas. La pasta tecnificada presentó menor sinéresis, por lo tanto, fue más estable. El perfil de viscosidad compleja (η*) obtenida para este tipo de pastas, indica un comportamiento típicamente pseudoplástico, lo que coincide con la bibliografía referida, para distintos tipos de pastas untables.

Agradecimientos: A la Universidad de Cartagena, por la cofinanciación del presente trabajo. Conflicto de intereses: El artículo fue preparado y revisado con la participación de todos los autores, quienes declaramos que no existe ningún conflicto de intereses que ponga en riesgo la validez de los resultados presentados.

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Recibido: Julio 30 de 2012 Aceptado: Marzo 28 de 2013

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