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Introducción
La nixtamalización es una manera efectiva para mejorar el valor nutricional del maíz (Martínez-López et al., 2011) para consumo humano (como tortilla, principalmente) que está muy relacionado con la seguridad alimentaria. Pero el consumo diario de tortilla en México disminuyó de 249 g por habitante en 2002 a 157 g en 2010. Esto obedece al cambio en los hábitos alimenticios de la población, y al aumento en el costo de los insumos para la producción de tortilla que afecta directamente al consumidor final (Secretaria de Economía, 2012). La nixtamalización es un proceso térmico que requiere de una combinación de temperatura y tiempo para lograr los cambios adecuados en los granos de maíz para su uso en la elaboración de alimentos (Méndez-Montealvo et al., 2008). Ahora hay equipos más eficientes para optimizar el uso de la energia en la nixtamalización y obtener un producto aceptable con las caracteristicas requeridas por el consumidor (Rodríguez et al., 2008). Una manera adicional para reducir el uso de energía es la correcta selección del tipo de granos ya que en México y el mundo hay unas 600 variedades que se pueden usar para este fin.
El proceso de nixtamalización se ha estudiado por varios autores (Gómez et al., 1989; González et al., 2005; Fernández-Muñoz et al., 2006; Gutiérrez et al., 2007; Méndez-Montalvo et al., 2008), quienes indican que la dureza del grano así como su composición son factores que influencian las variables del proceso de nixtamalización, en particular el tiempo de cocción (Sahai et al., 2001). El tiempo de cocción es un factor crítico durante la nixtamalización y es variable porque este tiempo se determina con base en la experiencia (Milán-Carrillo et al., 2004), y se determina de manera empírica mediante variables cualitativas como el desprendimiento del pericarpio con los dedos (Cornejo-Villegas et al., 2008).
Una variable importante para la industria de la nixtamalización es la dureza del grano ya que se prefieren los granos duros (Billeb de Sinibaldi y Bressani, 2001) de variedades que cumplan con los criterios de calidad para la preparación de tortilla (Rangel-Meza et al., 2004). La dureza del grano tiene relación directa relacionada con el tiempo de cocción y este a su vez con el consumo de combustible y la energía usada en la nixtamalización. El uso de la energía de combustibles fósiles en todas las industrias es una preocupación mundial porque no son energías renovables, por lo cual se debe eficientar su uso. En la literatura revisada no hay estudios acerca del consumo de combustible en relación con la nixtamalización y la dureza del grano de maiz. Por lo tanto, el objetivo de esta investigación fue determinar las modificaciones físicas, químicas y térmicas en la nixtamalización de variedades maíz blanco con diferente dureza y su relación con el consumo de combustible y demanda energética.
Materiales y métodos
Para este estudio se usó grano limpio de tres cruzas simples de híbridos de maíz blanco de Valles Altos: Mont360, Mont41 y Mont363; además se usó una cruza simple tropical tipo Sinaloa identificada como Mont265. Todos estos materiales fueron proporcionados por el Área de Mejoramiento y Control de la Calidad Genética del Postgrado en Recursos Genéticos y Productividad-Producción de Semillas del Colegio de Postgraduados, Campus Montecillo. La siembra se realizó en Montecillo, Estado de México, durante el ciclo primavera-verano 2013, con riego según la demanda del cultivo y fertilización con la fórmula 16060-60 (N-P-K). La cosecha se realizó en noviembre del 2013. Como referencia se incluyó una variedad Criollo Chalqueño que se obtuvo del municipio de Rafael Grajales, estado de Puebla, ubicado en 19° 13’ 35.79” N y 97° 47’ 56.12” O con una altitud de 2381 m y se codificó como Criollo.
Variables físicas de los granos
El índice de flotación se evaluó mediante la metodología de (Wichser, 1961) utilizando una solución de nitrato de sodio a temperatura ambiente con una gravedad específica de 1.275. El peso de mil granos se calculó pesando 100 granos de cada variedad en una balanza granataria digital Scout® Pro (Ohaus Corporation, 194 Chapin Road. NJ07058. EE.UU.) y el resultado se multiplicó por 10. La humedad en grano y nixtamal se evaluó con el método 934.01 de la AACC (2000), la densidad absoluta con el método de Kniep y Mason (1989), y el peso hectolítrico con la técnica 55-10 AACC (2000). El tamaño del grano se determinó midiendo su largo, ancho y grosor con un calibrador digital de 152.4 mm (6”) (Truper®, México, con aproximación a 0.01 mm) tomando una muestra aleatoria de 10 granos de cada variedad.
Área de pericarpio
Esta variable se determinó remojando 10 granos de maíz en un vaso con agua a temperatura ambiente por 3 min, se sacó y se eliminó el exceso de agua con un paño seco. Varios cortes verticales se hicieron en el grano para separar el pericarpio con unas pinzas sin romperlo. El pericarpio extendido se secó por un día al ambiente, y luego se escaneó (Epson Perfection V200 Photo, EE.UU.) para generar una imagen digital en formato TIFF a una resolución de 300 ppp. La imagen se convirtió a blanco y negro para resaltar el pericarpio y el área ocupada por el pericarpio de cada grano se coloreó con la función de selección por color con el programa GIMP ver. 2.8. La cantidad de pixeles correspondiente al pericarpio de cada grano se contó con la función Histograma. El valor en pixeles se convirtió a cm2 usando la resolución de la imagen: 300 ppp/2.54 =118 ppcm (ppp: pixeles por pulgada; y ppcm: pixeles por centímetro); así, 118.112=13 950.02 pixeles representan 1 cm2. Por lo tanto, el valor determinado en pixeles por el software para cada pericarpio, dividido entre 13 950.02, se reportó como área de pericarpio por grano de maíz. Los valores promedio de cada variedad se usaron con los valores promedio del peso de mil granos para calcular el área de pericarpio por unidad de peso con la fórmula: Área por unidad de peso = (1000/ peso de 1000 granos) x (área por grano) y el valor se reportó en cm2 g-1. Estos valores permitieron visualizar el área de pericarpio total que existe en una misma cantidad de peso y para comparar el área disponible para la absorción de agua e iones de calcio, tanto en el perfil de absorción de agua a temperatura ambiente, como durante el proceso de nixtamalización.
Perfil de absorción de agua
El perfil de absorción de agua se determinó a 10, 20, 30 y 40 min, para lo cual se pesaron 20±1 g de maíz y se colocaron en 50 mL de agua a temperatura ambiente usando vasos de precipitado PYREX® de 150 mL. Los granos se extrajeron y se eliminó el exceso de agua con una centrífuga plástica manual para vegetales. Luego los granos se pesaron y se calculó el agua absorbida por gramo de maíz realizando dos repeticiones por cada tiempo y por cada variedad, utilizando la fórmula: Agua absorbida = Pagua/ Pmaiz; donde Agua absorbida = cantidad de agua absorbida por gramo de maíz; Pagua = peso del grano después de ser sumergido en agua y transcurrido el tiempo (g) menos el peso seco del maíz (20±1 g) y Pmaiz=20±1 g.
Nixtamalización del maíz
El método tradicional similar al descrito por Fernández-Muñoz et al. (2004) se usó para la nixtamalización. Los tratamientos se realizaron en el Colegio de Postgraduados, Campus Córdoba, Córdoba, estado de Veracruz, ubicado a 645 msnm, 18° 51’ 32.65” N y 96° 51’ 36.96” O. Para ello se vertieron 5 L de agua potable y 20 g de hidróxido de calcio de grado alimenticio (Oxical®, México) en un recipiente de acero inoxidable sin tapa (para simular las condiciones de las tortillerías comerciales) colocada en una estufa fabricada en acero inoxidable, equipada con un quemador de hierro Mod. QH-128 de12.8 cm de diámetro (Industrias Magaña L, Santa Ana, El Salvador) y con una flama ajustada al mínimo.
La temperatura del agua precalentada se midió con un termómetro digital (Taylor® Precision Products, EE.UU.) hasta alcanzar 80 °C. Después se agregaron 2 kg de maíz y se tomaron muestras de maíz y agua de cocción por 45 min en los tiempos t0, t5, t10, t15, t20, t25, t30, t35, t40 y T45. Para cada variedad se realizaron tres repeticiones de la nixtamalización.
El tiempo de cocimiento se basó en el tiempo total en que se desprendió el pericarpio del grano. El desprendimiento del pericarpio se determinó de forma subjetiva seleccionando tres granos de manera aleatoria de cada muestra tomada cada 5 min durante los 45 min. Los granos se frotaron entre los dedos intentando remover el pericarpio del grano y el resultado se registró usando una escala binomial utilizando Si (1) para desprendimiento del pericarpio y No (0) cuando no hubo remoción de pericarpio.
Determinación del pH del agua de cocimiento
De las muestras tomadas del agua de cocimiento en periodos de 5 min, se colocaron 50 mL en vasos de precipitado PYREX® de 100 mL y se midió el pH con un potenciómetro Orion 3-Star (Thermo Scientific, Waltham, Massachusetts, EE.UU.). Tres repeticiones por variedad se realizaron para cada tiempo (t0-t45).
Fuerza de corte del grano y nixtamal
La fuerza de corte del grano seco y nixtamalizado se determinó mediante un texturómetro Shimadzu® modelo Ez-5 (Kyoto, Japón), el software Trapezium2® para Windows® y equipado con una navaja Warner-Bratzler diseñada para la evaluación de carne, pero se ha utilizado para evaluar productos como pastas y vegetales (Bibat et al., 2014). El grano se colocó de manera transversal a 1.5 cm de distancia de la navaja para determinar la fuerza requerida para cortar el grano. La determinación se realizó a temperatura ambiente en modo de compresión, una velocidad de 1 mm s-1 en tres granos al t0 y tres granos en cada tiempo de muestreo durante la nixtamalización (t5-t45).
Secado de nixtamal y obtención de harinas
Las muestras de nixtamal se colocaron en tubos para centrifugadora Evergreen® sellados con película autoadherente con pequeños orificios. Luego se colocaron en un concentrador Thermo Scientific Modelo Savant SC210A 81 (Wyman Street Waltham, MA, EE.UU.) y se deshidrataron a 45 °C por 24 h. El grano se molió con un molino Krups Mod GX410011 (Col. Polanco 11560, México D.F.) y tamizó con un tamiz de malla 60 para obtener la harina.
Propiedades de la pasta (análisis de viscosidad)
Las propiedades de la pasta se determinaron con un Rapid Visco Analyser (RVA series S4A Newport® Sci. Unit, Australia). La muestra se preparó pesando 4 g de harina de grano (t=0) y nixtamalizada ajustada a 14 % de humedad en una balanza (Dever ®Instrument, EE.UU.), se agregó agua destilada suficiente hasta completar 28 g y se introdujo la muestra en el equipo. El perfil de temperatura fue: temperatura inicial 50 °C; permaneció 1 min a 50 °C; se elevó la temperatura de 50 a 92 °C con una velocidad de 7.5 °C/min; permaneció 5 min a 92 °C; se bajó la temperatura de 92 a 50°C a 7.5 °C/min (misma velocidad de calentamiento); permaneció 1 min a 50 °C, y terminó la prueba con un tiempo de 22 min. Con el software del equipo se generó una curva de viscosidad respecto al tiempo y perfil de temperatura empleado. De este perfil de viscosidades se obtuvo el pico máximo de viscosidad y la viscosidad de retrogradación en centipoises (cP) de la muestra. Para esta prueba se utilizaron harinas de los tiempos t0, t10, t20, t35, y t45, de cada variedad por duplicado.
Propiedades térmicas de la harina de maíz nixtamalizado
Para determinar las temperaturas (inicial, máxima y final) y entalpía de gelatinización de la harina de maíz nixtamalizado se utilizó un Calorímetro Diferencial de Barrido (Mettler-México D.F.). La muestra se preparó pesando 3 mg de harina, se colocó en un crisol de aluminio de baja presión y se agregó 7 mL de agua destilada. El crisol se selló herméticamente y se colocó junto con una muestra de referencia sin material en el platillo transmisor de calor. La tasa de calentamiento fue de 10 °C min-1 desde 30 °C hasta 100 °C. Para esta prueba se usó harina cruda (t0) y harinas nixtamalizadas para t20 y t45. La prueba se realizó por duplicado para cada variedad.
Determinación del calor de cocción Calor requerido para la nixtamalización
El calor requerido se calculó por cada variedad durante la nixtamalización. La nixtamalización se consideró desde que el grano se vertió a la solución alcalina calentada hasta que se desprendió el pericarpio del grano (Figura 1). Durante este periodo y en lapsos de 5 min se estimó el calor que requirió el maíz y el agua, sumando todas las secciones para obtener el calor requerido por el grano y el agua durante la cocción. Al último valor de calor se sumó el calor necesario durante la etapa de precalentamiento del agua para tener el calor necesitado durante todo el proceso. Esto se realizó para cada variedad por triplicado. La temperatura se mantuvo abajo de 100 oC durante todo el tiempo de cocimiento para evitar la ebullición, y solo se alcanzó una temperatura promedio de 90.1 °C al final de la nixtamalización. Para el cálculo energético se despreció el calor requerido para calentar el hidróxido de calcio porque la cantidad usada fue mínima (1 % del peso del grano). Para la estimación del calor se usó un Cp del maíz = 2.27 kJ mol kg-1 °K-1 el cual se obtuvo como promedio de los valores de Cp reportados para maíz de la ASAE/ASABE (1999). Para el agua se usó un Cp= 4.18 kJ mol kg-1 °K-1. El cálculo del calor sensible usado en el sistema se realizó con la ecuación: Q=mCpΔT, donde m = masa del material (kg); Cp=calor específico del material (kJ mol kg-1 °K-1); ΔT=diferencia de la temperatura final menos la inicial (°K).
Figura 1 Diagrama del perfil de temperatura y tiempos utilizados para el cálculo del calor durante el proceso de cocimiento.
Calor aportado por el combustible
Para estimar la cantidad de calor aportado por el combustible se determinó el flujo másico del gas (kg min-1) mediante una regresión lineal utilizando las lecturas del tiempo y el peso del tanque de gas durante las nixtamalizaciones. El flujo calculado fue 0.0013 kg min-1. El poder calorífico del gas LP se fijó en 46 300 kJ kg-1, de acuerdo con Bishop y Maunder (1980). El cálculo del consumo de gas se realizó en dos etapas: 1) consumo para elevar la temperatura del agua de temperatura ambiente a 80 °C, esto es el precalentamiento; 2) nixtamalización donde se consideró el consumo de gas hasta el tiempo en que se desprendió el pericarpio del grano en cada variedad. Para ambas etapas el calor aportado por el gas se calculó con la fórmula: Q=(m) (tcocción) (P.C.) donde Q=calor aportado por el gas (kJ); m=flujo másico del gas (kg min-1); tcocción= tiempo en que se mantuvo el suministro de gas (min); P.C.= poder calorífico del gas (kJ kg-1). La cantidad total de calor aportado por el combustible para la nixtamalización de cada variedad se calculó sumando la cantidad calor aportada para el precalentamiento y la aportada para la cocción del maíz. Las diferencias entre el calor requerido y el aportado se reportaron como pérdidas de calor en el sistema. Para cada variedad se realizaron tres repeticiones.
Análisis estadístico
El diseño experimental fue completamente al azar para la caracterización de las variedades de maíz. Para el monitoreo del proceso de nixtamalización el diseño experimental fue completamente al azar en un arreglo factorial con dos factores: Variedad con cinco niveles, y Tiempo que dependió de los tiempos establecidos en cada prueba. Las comparaciones múltiples entre medias se realizaron con la prueba de Tukey (p≤0.05). Estos análisis estadísticos se realizaron con SAS ver 9.2 (SAS Institute, Inc. 2002). Además se usó el paquete R ver. 3.1.0 Spring Dance y el ambiente RStudio ver 0.98.932 para la regresión lineal en el cálculo de la velocidad de absorción del agua.
Resultados y discusión
Características físicas del grano
El índice de flotación mostró que la variedad con el valor más bajo fue Mont41 (19 %), y en las demás variedades los valores fueron cercanos o iguales a 100 % (Cuadro 1). Mont41 tuvo el peso hectolítrico más alto (79.74 kg hL-1) y el Criollo el valor más bajo. De acuerdo con Salinas Moreno et al. (2010), un índice de flotación bajo y un peso hectolítrico alto es una característica de maíces de grano duro.
Cuadro 1 Características físicas del grano de cinco variedades de maíz.
| Variedades | Índice de f lotación (IF) (%) | Peso hectolítrico (kg hL-1) | Peso de mil granos (g) | Humedad (%) | Densidad absoluta (g mL-1) |
|---|---|---|---|---|---|
| Mont41 | 19±2.60 b | 79.7±0.67a | 346.0±10.5b | 11.35±0.36a | 1.29±0.02a |
| Mont265 | 100±0.00 a | 73.3±0.89cd | 255.5± 7.5d | 10.89±0.99a | 1.20±0.01c |
| Mont360 | 98±2.00 a | 75.6±0.21b | 290.0± 5.0c | 11.48±0.84a | 1.24±0.01b |
| Mont363 | 100±0.00 a | 74.4±0.78bc | 307.4± 8.8c | 11.41±0.30a | 1.23±0.01b |
| Criollo | 99±1.10 a | 72.4±0.22d | 477.3±22.2a | 10.75±0.47a | 1.20±0.01c |
Promedios ± desviación estándar. Promedios con letras diferentes en una columna son estadísticamente dife rentes (Tukey; p≤0.05)
La variedad de maíz Criollo tuvo mayor peso de mil granos y Mont265 el peso menor. Esta variable es buen indicador indirecto para predecir el tamaño de los granos (Lee et al., 2012). Así, los granos del maíz Criollo fueron más grandes y los de Mont265 fueron más pequeños.
La humedad del grano (Cuadro 1) tuvo un intervalo de 10.75 a 11.48 %. Las diferencias de humedad entre las variedades estudiadas no fueron significativas, indicando que los granos usados fueron homogéneos en esta variable al inicio del estudio. Los valores de densidad absoluta (Cuadro 1) mostraron una relación inversa con el índice de flotación, lo que confirma que un grano más denso tendrá un menor índice de flotación (r=-0.908). La relación entre el peso hectolítrico y el índice de flotación fue inversa; en contraste, la densidad de maíz y el peso hectolítrico del grano tuvieron una relación directa (r = 0.969).
Dimensiones del grano y área del pericarpio
El Cuadro 2 muestra los datos de dimensiones reales de grano para cada variedad. El maíz Criollo tuvo los valores más altos en las dimensiones del grano y Mont265 los más bajos. Estos resultados concuerdan con los de peso de mil granos y a su vez con el área de pericarpio de nuestro experimento. El área de pericarpio más pequeña se encontró en Mont360 y se puede explicar por el ancho de grano de esta variedad (7.58 mm). Sin embargo, en el área de pericarpio por unidad de peso ocurrió lo contrario ya que el grano con el tamaño más pequeño (Mont265) tuvo mayor área por unidad de peso. Esto se relaciona con la variable de peso de 1000 granos, donde para un mismo peso, el número de granos es mayor se tienen granos más pequeños.
Cuadro 2 Dimensiones del grano y área del pericarpio de variedades de maíz.
| Variedad | Ancho (mm) | Grosor (mm) | Largo (mm) | Área del pericarpio por grano (cm 2 ) | Área del pericarpio por peso (cm 2 g -1 ) |
|---|---|---|---|---|---|
| Mont41 | 8.23±0.72ab | 4.57±0.20ab | 10.45±0.76b | 2.87±0.35b | 8.29 |
| Mont265 | 8.51±0.65a | 4.07±0.41b | 9.36±0.98b | 2.62±0.44b | 10.29 |
| Mont360 | 7.58±0.49b | 4.39±0.48ab | 10.00±1.16b | 2.42±0.37b | 8.37 |
| Mont363 | 8.33±0.64ab | 4.40±0.67ab | 10.17±0.81b | 2.83±0.32b | 9.20 |
| Criollo | 8.63±0.85a | 5.06±0.62a | 13.22±0.81a | 3.46±0.62a | 7.24 |
Promedios ± desviación estándar. Promedios con letras diferentes en una columna son estadísticamente diferentes (Tukey; p≤0.05)
Perfil de absorción de agua a temperatura ambiente por el grano
La variedad que absorbió mayor cantidad de agua fue el Criollo, a diferencia de Mont41 y Mont360 que absorbieron menos agua (Cuadro 3). Pero la variedad que al inicio absorbió mayor cantidad de agua fue Mont265 (Figura 2) que tuvo un área mayor de pericarpio por unidad de peso (Cuadro 2). A pesar de esto, el grano tendió a dejar de absorber agua después de 20 min, lo cual se debería a que su tamaño pequeño puede causar una rápida saturación con agua. La variedad Criollo absorbió agua por más tiempo porque, de acuerdo con el índice de flotación y el peso de mil granos, el grano es suave con mayor porosidad lo que permitió absorber agua incluso hasta los 40 min. La variedad Mont363 tuvo un comportamiento similar. Las variedades Mont41 y Mont360 absorbieron menos agua aunque su velocidad de absorción de agua fue intermedia respecto a las demás variedades. Bressani (2008) indicó que la dureza del grano es una variable ligada a la absorción de agua porque en los maíces con mayor contenido de endospermo duro los gránulos de almidón están cubiertos en una matriz de proteína y el endospermo es más compacto, lo que dificulta la absorción de agua.
Cuadro 3 Cantidad y velocidad de absorción de agua en el grano de cinco variedades de maíz.
| Variedad | Agua absorbida (g agua g maíz -1 ) | Velocidad de absorción (g agua min -1 ) |
|---|---|---|
| Mont41 | 0.06±0.02c | 0.0012 |
| Mont265 | 0.08±0.02abc | 0.0004 |
| Mont360 | 0.07±0.03bc | 0.0013 |
| Mont363 | 0.09±0.01ab | 0.0013 |
| Criollo | 0.10±0.03a | 0.0022 |
Promedios ± desviación estándar. Promedios con letras dife rentes en una columna son estadísticamente diferentes (Tukey; p≤0.05. Promedio de la absorción de agua por variedad. La velocidad de absorción se obtuvo calculando, por regresión lineal, el coeficiente de la variable independiente (Tiempo vs Agua absorbida)
Figura 2 Efecto del tiempo de remojo en la absorción de agua por el grano de cinco variedades de maíz a temperatura ambiente.
En resumen y considerando de manera conjunta las variables que presentaron la mejor correlación con la dureza del grano (índice de flotación, peso hectolítrico y densidad absoluta), las variedades se ordenaron en la siguiente secuencia de menor a mayor dureza: Criollo, Mont265, Mont360, Mont363, Mont41. Las variedades Mont360 y Mont363 fueron estadísticamente no diferentes en el índice de flotación.
Humedad del nixtamal
La humedad aumentó durante la nixtamalización ya que la acción de los radicales OHal reaccionar y deteriorar parte del pericarpio del grano facilitó la absorción de agua por el endospermo del grano (Sefa-Dedeh et al., 2004). Los valores de humedad promedio durante la nixtamalización tuvieron un intervalo de 29 % a 32 %; Mont360 y Mont41 presentaron los valores más bajos (28.68 % y 28.55 %, respectivamente) y el Criollo el valor más alto (31.37%).
La variable absorción de agua a temperatura ambiente (Cuadro 3) tuvo una relación positiva con la humedad promedio del grano desde t0 hasta t45 (Cuadro 4) (r=0.628). Esto sugiere que la humedad del maíz nixtamalizado puede ser predicha antes de nixtamalizar el grano usando la prueba de absorción de agua a temperatura ambiente. En las variedades Criollo y Mont41 la humedad del nixtamal se estabilizó desde los 35 min, mientras que en Mont265, Mont360 y Mont 363, la humedad aumentó incluso hasta el minuto 45 (Figura 3).
Cuadro 4 Valores medios del pH del agua de cocimiento (nejayote), la humedad y fuerza de corte del nixtamal en cinco variedades de maíz.
| Variedad | Potencial hidrógeno (pH) | Humedad (%) | Fuerza de corte (N) |
|---|---|---|---|
| Mont41 | 12.11±0.06b | 28.55±7.26b | 96.99±49.93a |
| Mont265 | 12.05±0.06c | 30.45±8.91a | 89.49±61.20b |
| Mont360 | 12.18±0.07a | 28.68±7.26b | 85.80±52.03b |
| Mont363 | 12.11±0.06b | 29.17±7.66b | 95.02±73.22a |
| Criollo | 11.99±0.10d | 31.37±8.93a | 88.96±60.87b |
Promedios ± desviación estándar. Promedios con letras diferentes en una columna son estadísticamente diferentes (Tukey; p≤0.05)
En todos los casos, el nixtamal de las variedades tuvo una humedad baja (35 % promedio), comparado con lo reportado por Billeb y Bressani (2001) 40 %-43 %, Vázquez et al. (2012) 43.3 %51.3 % y Salinas et al. (2010) 45.8 %-49.7 %. Estas diferencias pueden explicarse por los diferentes tiempos, temperaturas y etapas de nixtamalización usados por dichos autores para reportar la humedad: Billeb y Bressani (2001) usaron 50 min, 96 °C y reportan esta variable durante el periodo de calentamiento; Salinas et al. (2010) y Vázquez et al. (2012) midieron la humedad de nixtamal después del reposo, cuando el grano continúa absorbiendo agua.
pH del nejayote
El pH del nejayote con respecto al tiempo (Figura 4) mostró la misma tendencia durante los primeros 5 min. Todas las muestras iniciaron con un pH alto, pero al transcurrir el tiempo ese valor disminuyó hasta el final del proceso en un promedio de 0.2 unidades. Las variedades Mont360 y Mont41 absorbieron menos agua durante la nixtamalización, lo cual sugiere una tendencia de estas variedades para absorber menor cantidad de iones tanto OH-1 como Ca+2 (Fernández-Muñoz et al., 2004), lo cual pudo causar que el agua de cocimiento se mantuviera más alcalina. En contraste, el agua de cocimiento de la variedad Criollo tuvo un pH menor al resto, lo cual sugiere que absorbió más OHy Ca+2 y dejando más iones H+ disponibles en la solución. De manera adicional a la absorción de agua por el grano, la disminución de la alcalinidad también se puede atribuir a la lixiviación (Ruiz-Gutiérrez et al., 2010) de componentes de la hemicelulosa, como los ácidos urónicos y ácidos fenólicos (González et al., 2005) que causan una reacción de neutralización del Ca(OH)2.
Fuerza de corte del grano y nixtamal
En el tiempo (t0), los granos de los maíces Criollo y Mont265 tuvieron la mayor fuerza de corte, pero Mont363 requirió menos fuerza de corte (Figura 5). Esta conducta inicial de la fuerza de corte del grano fue explicado por Shandera y Jackson (2002), quienes indicaron que la forma del grano, la superficie y el grosor tienen un efecto importante en las pruebas de textura de grano (Blandino et al., 2010).
Figura 5 Fuerza de corte del grano de maíz (t=0) y el nixtamal a diferentes tiempos de cocción de cinco variedades de maíz.
La fuerza de corte del nixtamal fue inversamente proporcional al tiempo ya que el grano fue más suave debido a la absorción de agua (Figura 5) y se redujo de 235 N a 95.3 N en promedio en los primeros minutos. Ibarra-Mendívil et al. (2008) reportan una tendencia similar en la fuerza para penetrar el grano con un punzón de 57.2 N (a 25min) a 43.1 N (a 45 min), y después la reducción en la fuerza de corte fue más lenta. En el Cuadro 4 se presenta un resumen de los promedios del comportamiento de la humedad, pH y fuerza de corte en las cinco variedades.
La viscosidad máxima promedio mostró diferencias significativas entre variedades (Cuadro 5). Mont265 mostró el valor más alto y la variedad Criollo el valor más bajo para todos los tiempos evaluados (t0, t10, t20, t35 y t45). La viscosidad máxima disminuyó en el tiempo t10 y mantuvo incrementando hasta el tiempo t45. Este comportamiento fue similar para todas las variedades durante la nixtamalización, excepto para Mont265 donde el valor de esta variable aumentó en los tiempos t10 y t20 pero disminuyó en los tiempos t35 y t45. Este comportamiento pudo estar relacionado con el tamaño de grano (pequeño).
Cuadro 5 Características reológicas y térmicas de las harinas de maíz nixtamalizado.
Promedios ± desviación estándar. Promedios con letras diferentes en una columna son estadísticamente diferentes (Tukey; p≤0.05). ΔH = Entalpía
La viscosidad de retrogradación presentó un comportamiento similar a la viscosidad máxima, esto es, un descenso al tiempo de nixtamalización t10 seguido por un incremento hasta el tiempo t45. El descenso aparente entre el t0 y el t10 pudieron ser causados por los cambios iniciales, como la absorción de calcio al tiempo t10. El incremento fue más notorio en el maíz Criollo que coincidió con las características de un maíz suave. Las viscosidades de retrogradación promedio de las variedades Mont41 y Criollo fueron similares, al igual que las de Mont360 y Mont363. Después del cocimiento el almidón se recristaliza o reasocia para formar nuevas estructuras, lo que se conoce como retrogradación (Paredes López et al., 2009). Al incrementar el tiempo, aumentó la viscosidad debido al efecto de la temperatura, porque al calentarse los gránulos de almidón captan más agua y se hinchan (Corn Refiners Association, 2006); Rodríguez et al., 2008; Vaclavik y Christian, 2008).
Propiedades térmicas de harina de maíz sin tratar (t 0 ) y harinas de nixtamal (t 10 - 45 )
La temperatura de gelatinización promedio más alta se encontró en las variedades Mont41 y Mont360, mientras que la más baja fue en Criollo, y estos valores concuerdan con los reportados por Ruiz-Gutiérrez et al. (2010). La temperatura a la cual gelatiniza el almidón depende de la concentración del almidón, pH de la suspensión, velocidad de calentamiento y el procedimiento específico (Corn Refiners Association, 2006). Según Pineda-Gómez et al. (2011), la temperatura de gelatinización tiende a aumentar con el incremento en el tiempo de cocimiento por el aumento en el contenido de calcio durante la nixtamalización. Esto explica el aumento de la temperatura de gelatinizacion encontrada en el minuto 45 en todas las variedades. Además, estos valores coinciden con los reportados por Arámbula-Villa et al. (2001).
Con respecto a la entalpía de gelatinización (ΔH), que es la energía requerida por los granos de cada variedad para realizar el proceso de gelatinización (Pineda-Gómez et al., 2010), la variedad que necesitó más energía fue Mont363, seguida por Criollo y Mont265; Mont41 y Mont360 tuvieron los valores más bajos (Cuadro 5).
La entalpía mostró una tendencia opuesta respecto a la temperatura de gelatinización. Aquellas variedades con mayores requerimientos de energía para su nixtamalización tuvieron los menores valores de temperaturas de gelatinización. Esta tendencia fue similar en todas las variedades excepto el Criollo, que no mostró un cambio significativo en la entalpia en el tiempo. Este comportamiento puede estar relacionado con la composición de los gránulos de almidón. La proporción amilosa-amilopectina en el almidón del maíz tipo dentado varía de 25 % a 75 % (Salinas-Moreno et al., 2003). Según Rojas-Molina et al. (2007), los gránulos de almidón de maíces con endospermo duro tienen una mayor proporción de amilopectina, mientras que los de endospermo suave tienen mayor proporción de amilosa lo cual afecta sus características térmicas.
Calor requerido comparado con el aportado por el combustible durante la cocción
Durante el proceso de nixtamalización hubo diferencias en las variables relacionadas con el consumo de combustible (Cuadro 6). El consumo de gas, el calor aportado por éste y calor requerido por cada variedad para el desprendimiento del pericarpio, dependió de la duración del calentamiento. Las variedades evaluadas, en promedio, requirieron 1323 kJ (Qreq; Cuadro 6) para llegar a la cocción y el calor que aportó el combustible (121 g aproximadamente) fue 5603.6 kJ en promedio (Qgas; Cuadro 6). Esto representó una pérdida promedio de 4280.6 kJ (76.3 %) (Pérdidas; Cuadro 6) del calor total aportado por el combustible. Aunque esto está relacionado con la configuración del sistema de cocimiento usado en nuestro estudio para realizar la nixtamalización (nixtamalización tradicional), se detectó que un mayor tiempo de cocción implica pérdidas mayores de combustible. La variedad que requirió mayor tiempo de cocción fue Mont41, seguida por Mont360, Mont265 y Mont363 que tuvieron un intervalo de tiempo de 26.67 a 31.67 min (Cuadro 6). Criollo necesitó menor tiempo de cocción y tuvo una diferencia de 5 min con Mont41 (la variedad que requirió mayor tiempo). La diferencia de tiempo de cocción entre estas dos últimas variedades originó una pérdida de 321.95 kJ. Según Rodriguez et al. (2008), las características de calidad, las propiedades físicas, químicas y tecnológicas pueden influir en el procesamiento de los granos y están relacionadas con el índice de flotación, el peso hectolitrico y la absorción de agua. Con esta base se explica el comportamiento de la variedad Mont41 que requirió mayor tiempo de cocción, comparada con Criollo que fue más suave.
Cuadro 6 Variables de la nixtamalización del grano de maíz de cinco variedades.
| Variedad | Tiempo (min) | Qreq (kJ) | Qgas (kJ) | Gas (g) | Pérdidas (kJ) |
|---|---|---|---|---|---|
| Mont41 | 38.33±2.89a | 1488.27±80.93a | 5932.11a | 128.12±3.84a | 4443.84 |
| Mont360 | 36.67±2.89a | 1400.54±32.02a | 5829.48a | 125.91±3.84a | 4428.94 |
| Mont363 | 31.67±2.89ab | 1368.1±138.54a | 5521.58ab | 119.26±3.84ab | 4153.48 |
| Mont265 | 31.67±2.89ab | 1266.43±89.14ab | 5521.58ab | 119.26±3.84ab | 4255.15 |
| Criollo | 26.67±2.89b | 1091.8±152.72b | 5213.69b | 112.61±ab | 4121.89 |
Promedios ± desviación estándar. Promedios con letras diferentes en una columna son estadísticamente diferentes (Tukey; p≤0.05). Promedio de calor de cocción por variedad. Tiempo: tiempo requerido durante la cocción del grano; Qreq: calor que requirió cada variedad durante la nixtamalización; Qgas: calor aportado por el gas; Gas: consumo de gas durante la nixtamalización
Conclusiones
El consumo de combustible para la nixtamalization de maíz depende de varios factores. La dureza del grano es un factor importante, aunque el tamaño de grano y la velocidad de absorción de agua tienen una importancia similar. La fuerza de corte del nixtamal y el pH del nejayote se redujeron a través del tiempo en todas las variedades. Las propiedades reológicas de las harinas durante el proceso de nixtamalización mostraron comportamientos similares excepto en Mont265 cuyo grano fue más pequeño. Las propiedades térmicas de las harinas también fueron similares, con un aumento en la temperatura de gelatinización en las muestras tomadas al final de la nixtamalización. La cantidad de calor requerida para la cocción fue menor para variedad de menor dureza (Criollo) y fue mayor para Mont360 y Mont41. El menor consumo de gas durante la cocción se debió a una rápida absorción de agua y una menor dureza.
