Caracterización fisicoquímica de vainas y harinas de algarrobo (<i>Prosopis alba</i> y <i>Prosopis nigra</i>)

Abstract

Estado del tema. La importancia del estudio del fruto del árbol algarrobo se basa en que la República Argentina constituye el mayor centro de diversificación del género Prosopis spp. con la mayor cantidad de especies endémicas. Otro factor interesante que avala la promoción de estas especies es que las mismas poseen elevada resistencia a la sequía, temperaturas extremas y alta salinidad, a la vez que contribuyen a la mejora de suelos por medio de la fijación de nitrógeno, lo que le confiere gran valor en sistemas agro-forestales. Los bosques naturales de Prosopis spp. de nuestro país han sido diezmados, especialmente en los últimos años, debido a las actividades antropogénicas. Consecuentemente, la reforestación con especies de algarrobo para la producción del fruto con fines alimentarios, fomentaría el desarrollo de las comunidades regionales como también la disminución del daño ambiental causado por la deforestación. Además, las comunidades regionales del noroeste argentino asocian al fruto de algarrobo y sus productos con sus orígenes e identidad. Por lo expuesto, las investigaciones sobre las propiedades fisicoquímicas, nutricionales y funcionales de vainas y harinas derivadas del fruto de diferentes especies de Prosopis spp. nativas de Argentina permitirán contar con el conocimiento necesario para revalorizar este fruto como ingrediente alimentario. Los objetivos de este trabajo fueron: a) analizar la composición química y nutricional de vainas, harinas y semillas del fruto de algarrobo blanco (Prosopis alba) y algarrobo negro (Prosopis nigra) b) utilizar la harina obtenida de Prosopis alba en la elaboración y caracterización funcional de dos productos horneados, por un lado bocaditos dulces a base de semillas andinas (amaranto, quinua y chía) con azúcar, miel y harina de algarroba como aglutinantes de la formulación; y por otro la obtención de panificados dulces libres de gluten tipo muffins a base de una mezcla de harinas de algarroba, maíz y arroz c) obtener a escala de laboratorio a partir de vainas enteras de Prosopis alba la bebida fermentada llamada aloja, típica del noroeste argentino, para estudiar la cinética de fermentación y caracterizar la microflora de la misma durante todo el proceso hasta llegar al producto final; como también determinar parámetros fisicoquímicos de la bebida como pH, acidez y contenido alcohólico, entre otros. Materiales y Métodos. Se realizó una caracterización morfológica de vainas y semillas de P. alba y P. nigra. Se caracterizaron las vainas secas y las harinas provenientes de dichas vainas luego de pasar a través de tamices de 1000 y 500 µm. Se determinó la composición de las muestras a través de distintos ensayos: cenizas, minerales, lípidos, perfil de ácidos grasos, contenido de proteínas y naturaleza de las mismas por SDS-PAGE, perfil aminoacídico por HPLC, ensayo de presencia de prolaminas con anticuerpos policlonales y actividad antitríptica. Se determinó fibra dietaria total e insoluble por método gravimétrico-enzimático, azúcares solubles por HPLC, perfil de galactomananos por GC, contenido de polifenoles y actividad antioxidante. Se analizó el color de las harinas como también la actividad acuosa y las isotermas de adsorción a diferentes temperaturas (10°-20°-40ºC) que se ajustaron con diferentes modelos matemáticos. Con la harina de P. alba se prepararon bocaditos dulces a base de semillas de amaranto, quinua y chía en proporción constante (51,8%). Las semillas guardaron la relación: 22% amaranto, 22% de quinua y 7,8% de chía. El aglutinante (48,2%) estuvo formulado con azúcar, miel y harina de algarroba en proporción variable según un diseño de mezclas de 3 componentes con restricción (la de no tener una formulación con solamente harina de algarroba). El diseño arrojó 5 formulaciones distintas. A los cinco productos se les analizó color, humedad, actividad acuosa, perfil de textura y test de aceptabilidad con 55 panelistas mediante 2 paneles diferentes: uno de ordenamiento por preferencia con las 5 formulaciones y otro de aceptabilidad de atributos mediante escala hedónica de 9 puntos con los 2 mejor seleccionados en el panel anterior. Con la misma harina se elaboraron panificados dulces tipo muffins con mezcla de harinas de algarroba, maíz y arroz, cuya proporción se determinó mediante un diseño experimental de mezclas tricomponentes con replicado del punto central. Se mantuvo constante la proporción del resto de las materias primas utilizadas: leche descremada, huevo entero líquido, margarina vegetal, emulsificante, hidrocoloide, leudante químico y levadura en polvo. No se agregó agua a la formulación. Se fermentó la mezcla 40 min a 30ºC y se horneó 25 min a 180ºC. A los panificados se les midió diferentes parámetros de calidad: volumen, altura, color, humedad, alveolado y textura de la miga. Se realizó un análisis sensorial de escala hedónica de 9 puntos con 76 panelistas no entrenados, con 4 de las formulaciones que contenían harina de algarroba. Los datos se analizaron mediante ANOVA de acuerdo al modelo general lineal. Se analizaron las diferencias significativas entre medias mediante el test de Fisher (LSD) (p < 0.05). Se preparó la bebida fermentada llamada aloja que se caracterizó a través de la cinética de fermentación, determinándose el tipo de flora bacteriana mediante crecimiento en diferentes medios de cultivos. Las colonias obtenidas se identificaron mediante ensayos moleculares. Se hizo el seguimiento a diferentes tiempos de fermentación midiéndose el pH, acidez, azúcares, grado alcohólico, entre otros ensayos. Resultados y Conclusiones. La especie Prosopis alba presentó un contenido significativamente mayor de sacarosa que P. nigra, razón por la cual sumada a la mayor abundancia y disponibilidad de vainas de P. alba, se ha seleccionado esta especie como materia prima para los diferentes productos elaborados a partir de vaina y harina de algarrobo. La harina de P. alba con la que se elaboraron dichos productos presentó menor contenido de proteínas, lípidos, fibra dietaria total y polifenoles, aunque mayor contenido de azúcares solubles (> 50% sacarosa). P. alba presentó mayor contenido de K, Mg y Fe pero menor contenido de Ca, Zn y Mn que P. nigra. Los lípidos de harinas de Prosopis spp. tienen principalmente ácidos palmítico, oleico y linoleico pero también contienen ácidos esteárico, araquídico, α-linolénico y araquidónico. Muchos de los componentes nutricionalmente importantes de un fruto del tipo leguminosa se encuentran en la semilla; la semilla de P. alba presentó mayor contenido de calcio y magnesio que la de P. nigra. La fracción goma (un galactomanano) de P. alba presentó una relación molar Man/Gal de 1,56. Los ácidos grasos predominantes fueron el linoleico, seguido del ácido oleico y palmítico. El contenido de proteínas resultó mayor para P. nigra, aunque con una proporción aminoacídica semejante en ambas especies. Las proteínas de ambas especies de Prosopis spp. no fueron deficientes en lisina ni en aminoácidos azufrados, como ocurre con otras proteínas vegetales, lo que las convierte en un buen complemento nutricional. Asimismo, los altos contenidos de ácidos aspártico y glutámico y de arginina hacen de estas proteínas, y por ende del germen de las semillas de algarrobo, un ingrediente adecuado para alimentos para deportistas ya que estos aminoácidos cumplen un rol importante en el incremento de la masa muscular, la síntesis de colágeno y la producción de glicógeno. Estas proteínas no presentaron actividad antitríptica y el análisis mediante anticuerpos policlonales dio como resultado ausencia de prolaminas lo que significa que estas harinas son ingredientes aptos para productos libres de gluten destinados a personas con enfermedad celíaca. El contenido de polifenoles de P. nigra resultó el doble que el de P. alba, tanto en semilla entera como en cada parte de la misma, encontrándose el mayor valor en la capa externa o testa. La actividad antioxidante siguió el mismo comportamiento que el contenido de polifenoles, sin embargo resultó significativamente mayor en semillas de P. nigra. El análisis comparativo de una harina de vaina entera (con semillas) y otra de pulpa (sin semillas) demuestra que se puede utilizar la semilla para la obtención de proteínas o goma (fibra soluble) y la fracción remanente ser utilizada en productos panificados sin mayores variaciones en el perfil nutricional de los mismos. Entre las propiedades físicas a evaluar en harinas, una de las más importantes es la actividad acuosa, relacionada con la estabilidad frente al almacenamiento. La actividad acuosa para la harina de P. alba fue de 0,351 y para P. nigra de 0,138, en tanto que para la misma actividad acuosa (aw 0,7), la harina de P. nigra tolera una mayor humedad de almacenamiento que la harina de P. alba. Las curvas de humedad vs aw fueron del tipo “J” o tipo III en la clasificación de BET. Las buenas propiedades fisicoquímicas y nutricionales de la harina de algarroba, hacen que la misma constituya un ingrediente ideal para la elaboración de diferentes productos horneados dulces saludables, como los estudiados en este trabajo de tesis con la harina de P. alba: bocaditos dulces a base de semillas y panificados libres de gluten tipo muffin. Los bocaditos con sólo azúcar o azúcar aportada por la harina de algarroba, presentaron a los 30 min de cocción una mayor variación de color, mientras que la de menor producción de color resultó la formulación con cantidades equivalentes de los tres aglutinantes (harina algarroba, miel, azúcar). La dureza y masticabilidad resultó mayor en las formulaciones con mayor contenido de harina de algarroba, mientras que los bocaditos más blandos fueron los que no contenían esta harina. Se prefirieron por igual el bocadito que contiene solamente azúcar y el de proporciones equivalentes de aglutinantes; ambos presentaron igual aceptabilidad global. Se puede concluir que la harina de algarroba resulta adecuada para el desarrollo de color pero, en niveles del 66% en la mezcla de aglutinantes endurece los bocaditos y no son preferidos por los consumidores. Sin embargo, en una proporción equivalente con miel y azúcar, esta formulación fue elegida por su mejor apariencia, con igual percepción de aroma y dulzor que el bocadito formulado con azúcar. Los panificados libres de gluten resultaron de mejor calidad que los preparados solamente con harina de maíz o de arroz, tanto desde el punto de vista de su aspecto (color y volumen), como de propiedades de textura y sensoriales. La muestra con mayor contenido de harina de algarroba fue la que presentó menor dureza y consistencia, menor masticabilidad, mayor adhesividad y resultó ser menos resiliente y elástica. Estas propiedades texturales se relacionaron con una miga más aireada, es decir con mayor porcentaje de área ocupada por alvéolos. Este panificado resultó ser de color amarronado, por lo que la harina de algarroba podría constituir un sustituto ideal del chocolate en productos panificados. La aloja es una bebida fermentada típica de la región del noroeste argentino elaborada con vainas enteras de algarrobo blanco. Debido a que no se ha encontrado hasta el momento información científica sobre la elaboración y caracterización fisicoquímica y microbiana de esta bebida, es que el desafío del último capítulo estuvo centrado en el estudio de la misma. Los protocolos para preparar aloja se han ido transmitiendo en forma oral de generación en generación, ya que es una práctica artesanal casera, que depende del productor y de la región en donde se la elabora. La fermentación es posible debido a que las vainas tienen una microbiota epifítica variable. El crecimiento microbiano de no más de 3 días y el consumo de azúcares fermentables, demostraron que el proceso de fermentación es relativamente corto y puede dividirse en dos etapas: una primera hasta las 18-24 h caracterizada por una intensa fermentación láctica que disminuye el pH del medio de 6,4-6,6 inicial a 4,5, lo cual impide el desarrollo de microorganismos patógenos, llegando a una acidez de alrededor de 0,7 % p/v (expresada como ácido láctico), conservando la bebida un ligero sabor dulce. En la segunda etapa se intensifica la fermentación alcohólica asociada al crecimiento de levaduras en la cual los azúcares se agotan y el nivel de alcohol llega a 6,5 – 7,5 % v/v; a las 60 h la bebida es agria y alcohólica. Mediante el aislamiento en medios selectivos se siguió la evolución de la población microbiana observándose dos tipos de colonias de levaduras y dos tipos de bacteria láctica que se identificaron mediante métodos moleculares. Las especies resultaron ser Lactobacillus plantarum y Enterococcus faecium, presentes en fermentados vegetales que poseen potencial acción probiótica, y las levaduras identificadas fueron Wickerhamomyces anomalus y Saccharomyces cereviceae. Es posible que en las propiedades del producto final influyan varios factores como tiempo y temperatura de conservación de las vainas hasta su utilización, año de cosecha, condiciones de clima, forma de recolección y transporte del fruto, el agua empleada en el proceso, el tipo de molienda, entre otros. A pesar del gran número de variables involucradas, se ha observado en el transcurso de 2 años de ensayos bajo las mismas condiciones de fermentación en el laboratorio con vainas cosechadas en distintos lugares, años y tiempos de almacenamiento (entre una semana y varios meses), que el proceso fermentativo en líneas generales sigue la misma cinética y que la bebida evoluciona dentro de cierto rango de valores de acidez, contenido de azúcares y alcohol, entre otros, que le son característicos. En base a los resultados obtenidos en este trabajo de tesis, resulta evidente la versatilidad del fruto del algarrobo por sus múltiples usos en alimentos de diversa naturaleza. A su aplicación en la preparación de productos regionales tradicionales se suma su potencial como materia prima para la elaboración de productos para necesidades específicas como los destinados a personas celíacas y productos saludables para consumidores en general.