Introducción
Un alimento funcional (AF) es similar en apariencia a un alimento convencional y se consume como parte de una dieta habitual, pero contiene componentes con actividad biológica que ejercen efectos fisiológicos benéficos adicionales a su valor nutricional que pueden reducir el riesgo de enfermedades crónicas (Pushpangadan y col., 2014). El concepto de AF se introdujo en 1984 en Japón, para mejorar la salud del consumidor a través de la dieta enriquecida con ingredientes bioactivos. La legislación de ese país fue la primera en contemplarlos como alimentos para uso específico en la salud (FOSHU, por sus siglas en inglés: Food for Specified Health Use) (Prakash y col., 2017) y con base en ello, el gobierno japonés construye regularmente alegaciones sanitarias encaminadas a mejorar la salud de la población a través de su consumo (Martínez-Leo, 2018).
En Chiapas, México, se produce 1 millón de L/d de leche, de los cuales se calcula que el 60 % son utilizados en la elaboración de quesos, actividad de la que se generan aproximadamente 510 000 L/d de lactosuero, que podrían ser aprovechados en procesos alimenticios (Vázquez-Esnoval y col., 2017). De acuerdo a la Organización para la Agricultura y la Alimentación (FAO, por sus siglas en inglés: Food and Agriculture Organization) (FAO, 2017), la producción de suero de queso (lactosuero) a nivel mundial fue de casi 200 millones de T/a; Europa contribuye con cerca del 50 %, Estados Unidos de Norteamérica y México con 3 % y 0.6 %, respectivamente. El desperdicio del suero lácteo se debe, entre otros aspectos, al desconocimiento de las bondades nutricionales de este coproducto y a la dificultad para acceder a las tecnologías apropiadas para su manejo y procesamiento (Osorio-González y col., 2018).
El secado por aspersión, es una técnica que ha generado óptimos resultados en el aprovechamiento y la conservación de productos alimenticios (Kavitake y col., 2018). La microencapsulación por medio de este proceso es una alternativa viable, ya que el uso de materiales encapsulantes y cortos tiempos de secado permiten proteger al producto final de los efectos adversos al que está expuesto el producto, por efecto de la temperatura y las interacciones que pueden tener con el medio que los contiene (Gil-Garzón y col., 2011).
La malanga (Xanthosoma sagittifolium), es uno de los 6 cultivos de tallos, raíces y tubérculos más importantes del mundo. Es de origen pantropical y se ha domesticado en la mayoría de las comunidades de Oceanía, Asia y África, siendo este último el principal productor. África occidental y central, en particular Nigeria, Ghana y el Camerún, contribuyen con más del 60 % de la producción total del continente (Boakye-Abena y col., 2018). De acuerdo a Falade y Okafor (2014), los cormos de malanga contienen 80.99 % de humedad, 5.47 % de proteína cruda, 0.20 % de grasa cruda, 1.28 % de fibra cruda y 11.03 % de carbohidratos. Ndabikunze y col. (2011), reportaron la presencia de varios nutrientes en los cormos, tales como carbohidratos (almidón, que es el componente principal), proteínas, vitamina C, tiamina, riboflavina, niacina y fibra dietética.
El almidón de malanga se utiliza en la industria alimentaria como aglutinante, espesante, gelificante, humectante y texturizante (Torres-Rapelo y col., 2014); representa una alternativa al almidón de maíz, en la encapsulación de microorganismos probióticos.
Las bacterias ácido lácticas (BAL), generalmente con características probióticas, proporcionan efectos fisiológicos benéficos como la reducción del pH intestinal, la producción de algunas enzimas digestivas, vitaminas y sustancias antibacterianas, la reconstrucción y construcción del microbiota intestinal, la reducción del colesterol en la sangre, la eliminación de la carcinogénesis (Vela-Gutiérrez y col., 2020).
Las BAL han estado presentes en la dieta humana desde la antigüedad. Hoy en día, se pueden encontrar en diferentes productos lácteos como bebidas, yogur, quesos frescos y maduros, diferentes carnes y sus productos, y en algunas verduras (Vela-Gutiérrez y col., 2020). Además, estas bacterias se han utilizado en la industria alimentaria como bioconservadores debido a que tienen un papel importante en los procesos de fermentación, no sólo por su capacidad de acidificación, sino también por su implicación en el desarrollo de la textura, sabor, olor y aroma de los alimentos (Parra- Huertas, 2009).
El objetivo de la presente investigación fue evaluar la viabilidad de BAL microencapsuladas mediante secado por aspersión, utilizando almidón extraído de cormos de malanga (Xanthosoma sagittifolium) en la formulación de dos suplementos alimenticios con lactosuero.
Materiales y métodos
Material biológico
Se utilizaron cormos de malanga frescos y deshidratados, cosechados en los municipios de San Fernando y Ocozocuautla de Espinosa, en Chiapas, México.
Se trabajó con cepas de Lactobacillus casei, conservadas en el Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Productos Funcionales (LIDPF) de la Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas, aisladas previamente de muestras de pozol fermentado chiapaneco por Velázquez-López y col. (2018).
El suero dulce (generado por la coagulación enzimática de la leche, sin acidificación), se obtuvo en el LIDPF a través de un proceso de elaboración de queso fresco. Posteriormente, se sometió a una deodorización con resinas catiónicas (Na+) (Amberlite IR 120 Na+, Sigma Aldrich®) y pasteurización (30 min, 65 ºC) previo a ser utilizado en la formulación del suplemento alimenticio.
Proceso de obtención de almidón de malanga
Se utilizaron cormos frescos de buena calidad y se siguió la metodología descrita por Niebla-Bárcenas (2009). La materia prima se lavó, desinfectó, peló, pesó y cortó en trozos regulares de 2.5 cm x 2.5 cm, los cuales se molieron con agua destilada desionizada; la mezcla se filtró 3 veces, después se dejó reposar durante 48 h. Se decantó y centrifugó a 5 000 rpm/30 min con centrifugadora de mesa (VWR®, Modelo SM0412, Pensilvania, EUA). Se deshidrató a 60 ºC/8 h, se molió y tamizó (malla número 60). El almidón obtenido se envasó al vacío y se almacenó a temperatura ambiente (fluctuando entre 15 ºC y 30 ºC).
Elaboración del suplemento
Se mezclaron 150 mL de pulpa de fruta cocida (mango o manzana) con 400 mL de suero de leche (pH de 6.0), a 45 ± 1 °C, hasta conseguir la consistencia deseada (449.9 mPas/s a una temperatura de 25 ºC). Se adicionaron 1 % o 2 % de almidón de malanga (p/v) y 10 mL de cultivo probiótico (1 x 108 UFC/g) por cada 100 mL de mezcla.
Secado por aspersión
Para el deshidratado de ambos suplementos se empleó un secador de aspersión (Modelo SD 18A, LABFREEZ®, Beijing, China). El volumen y temperatura del aire de entrada se operaron a 80 % y 150 ºC, respectivamente. La velocidad de alimentación fue de 8 mL/min para el suplemento de mango y 20 mL/min para el suplemento de manzana. La frecuencia de aguja del atomizador se mantuvo en cero en ambos procesos. Las condiciones de secado utilizadas se eligieron de acuerdo a resultados de los ensayos preliminares, considerando la calidad del encapsulado y la porosidad del suplemento, así como la viabilidad de la cepa encapsulada; además se comparó con otros estudios, como los de Guevara-Bretón y col. (2009), quienes optimizaron el proceso de encapsulación de L. casei y L. reuteri con maltodextrina en secado por atomización. Los productos de este estudio se caracterizaron, se empacaron al vacío y se almacenaron a temperatura ambiente (fluctuando entre 15 ºC y 30 ºC).
Análisis químico proximal
Se determinó el contenido de humedad, grasa, proteínas, cenizas y fibra cruda, de acuerdo a los procedimientos estándares del Colegio de Químicos Agrícolas Oficiales (AOAC, por sus siglas en inglés: Association of Official Agricultural Chemists) (AOAC, 1999). Todos los análisis se realizaron por triplicado. El contenido de los hidratos de carbono fue calculado por diferencia del resto de los componentes.
Evaluación microbiológica del producto
A los productos se le determinó la presencia de coliformes totales de acuerdo a la NOM-112- SSA1-1994; coliformes fecales considerando la NOM-210-SSA1-2014 y la presencia de salmonella y shigella con la NOM-114-SSA1-1994.
Viabilidad de las BAL en el suplemento alimenticio
Se evaluó a través de la técnica de vaciado en placa utilizando cajas de petri con agar MRS (Man, Rogosa y Sharpe), considerando la NOM-181-SCFI/SAGARPA-2018. El conteo de UFC/mL se realizó a las 24 h y 48 h.
Resultados y discusión
Almidón de malanga
El almidón extraído de los cormos de malanga presentó una coloración blanca y textura similar a la de una harina estándar de trigo (Figura 1). Se obtuvo un rendimiento de 26.82 % de almidón (Tabla 1), respecto al peso de cormo fresco utilizado, superior a lo encontrado por Aristizábal y Sánchez (2007), quienes alcanzaron un rendimiento de 20 % de almidón agrio de malanga, mediante el método húmedo modificado; Serna-Loaiza y col. (2018), quienes obtuvieron un rendimiento de 23.64 % en cormos de malanga; y Zuñiga (2019), que reportó un rendimiento de 16.5 % a través del método de decantación. También fue mayor a lo documentado en otros alimentos similares, como es el caso de la cáscara de plátano con 22 % (Cárdenas, 2018); la papa que contiene entre 12.4 % a 20.1 % (Ignacio y col., 2020); y el camote, con un 18 % (Guizar-Miranda y col., 2008).
La utilización de las harinas no convencionales, en la industria alimentaria y la gastronomía, está en función de sus propiedades funcionales y fisicoquímicas. Muchos autores han publicado sobre dichas características y las de adhesión de los almidones de malanga (Falade y Okafor, 2015).
Elaboración y secado del suplemento alimenticio
Por cada 100 mL de suplemento líquido se obtuvieron 12 g de producto final deshidratado, en ambos casos, los cuales fueron estables y fáciles de manipular, con consistencia de polvo fino, suave, granuloso, sin apelmazamiento (Figura 2). Dentro de sus atributos sensoriales más importantes destacaron el olor y color propios de las pulpas de los frutos utilizados (Tabla 2).
Suplemento | Características |
---|---|
Sabor a manzana | Polvo color blanco, con textura fina, granulosa, sin presentar apelmazamiento, olor agradable (característico a manzana), presentación agradable a la vista, sabor característico de la fruta. |
Sabor a mango | Polvo color amarillo con textura fina, granulosa, sin presentar apelmazamiento, olor agradable (característico a mango), presentación agradable a la vista, sabor característico de la fruta. |
El secado por aspersión presentó una opción de proceso altamente viable, probablemente debido a la temperatura de entrada del aire utilizada en el secador, ya que esta condición está directamente relacionada con el rendimiento, por el proceso de transferencia de calor y de masa que se realiza, como lo expresa Aragüez y col. (2022).
Análisis químico proximal
El suplemento de manzana presentó mayor contenido (P < 0.05) de humedad, fibra y proteína; en tanto que el suplemento de mango, tuvo mayor contenido de grasa (Tabla 3). La diferencia se debe a la composición de los frutos empleados como materia prima.
Componente | Suplemento | |
---|---|---|
Manzana | Mango | |
Humedad | 1.589 ± 0.076a | 0.591 ± 0.320b |
Cenizas | 6.467 ± 0.087a | 6.257 ± 0.410a |
Fibra | 2.235 ± 0.071a | 0.595 ± 0.147b |
Grasa | 5.936 ± 0.317a | 7.671 ± 0.429b |
Proteína | 4.952 ± 0.005a | 4.260 ± 0.015b |
Hidratos de carbono | 79.003 ± 0.477a | 80.200 ± 1.524a |
a,bLetras distintas indican diferencia significativa (P < 0.05) entre tipo de suplemento.
Evaluación microbiológica del producto
Los suplementos no registraron crecimiento de coliformes totales y fecales, ni presencia de salmonella y shigella. Los resultados se encuentran dentro de los límites permitidos pa ra ser considerados como productos inocuos y aptos para consumo (NOM-112-SSA1-1994).
Viabilidad de las BAL presentes en los suplementos alimenticios
El uso de una matriz encapsulante con almidón de malanga, proveyó una adecuada viabilidad a las BAL de L. casei sp (Tabla 4), confiriéndoles resistencia al tratamiento con alta temperatura (150 ºC). La cantidad de microorganismos viables observada fue superior a lo establecido en la NOM-181-SCFI/SAGARPA- 2018, para ser considerado como un alimento probiótico (1 x 108 UFC/g).
Periodo de viabilidad | Resultados |
---|---|
Antes de la microencapsulación | Incontables* |
Después del proceso de microencapsulación | Incontables* |
3 meses de microencapsulación | Incontables* |
*Incontables= cantidad superior a 1 x 108 UFC/g.
Los resultados concuerdan con los reportados por Alfaro-Galarza y col. (2019), quienes indicaron una viabilidad de 5.23 x 108 UFC/g de L. casei sp encapsulado mediante secado por aspersión utilizando almidón de arroz. Los mismos autores reportaron una cantidad de 9.62 x 108 UFC/g de microorganismos cuando utilizaron el almidón de malanga.
El secado por aspersión resultó ser un método viable para la microencapsulación de las bacterias probióticas utilizadas en los dos productos alimenticios, ya que se puede observar que la cantidad de BAL presentes antes del proceso de secado (suplementos A y B, recién elaborados), posterior a él y después de 3 meses de almacenamiento se mantiene superior a 1 x 108 UFC/g, lo que indica que el proceso de secado no tuvo un efec to negativo sobre la viabilidad de las bacterias debido al efecto protector del almidón de malanga. Vera-Peña y col. (2019), señalaron que, el lactosuero también protege las bacterias mediante el acoplamiento a la proteína de suero de leche, lo cual provoca que las células se incrusten dentro de las paredes de las cápsulas que se forman cuando se realiza el secado. Estos resultados concuerdan con lo reportado por Moumita y col. (2017), quienes refrendan la eficiencia del uso de este proceso de secado, para la comercialización de varios simbióticos funcionales estables y bacterias que promuevan la salud. De acuerdo a González-Cuello y col. (2015), la microencapsulación permite recubrir los microgránulos, aumentando la eficiencia de la encapsulación e impide la interacción de los jugos gástricos con los microorganismos al interior, permitiendo su liberación hasta llegar al tracto intestinal.
Los resultados muestran que el uso de almidón de malanga como agente encapsulante es una opción viable desde el punto tecnológico, fácil de obtener, se aprovecha de forma óptima en el secado por aspersión, donde se mantienen sus propiedades, y le proporciona mejor estabilidad y mejor conservación a las BAL.
Conclusiones
Los suplementos elaborados fueron polvos finos, suaves, granulosos, sin apelmazamiento y estables durante tres meses de almacenamiento. El suplemento sabor manzana presentó mayor contenido de humedad, fibra y proteínas. Ambos reportaron las características de un alimento probiótico, al mantener durante el proceso de secado y almacenamiento una cantidad superior a 1 x 108 UFC/g de BAL, cumpliendo con la NOM-181-SCFI/ SAGARPA-2018 para este tipo de alimentos. La ausencia de bacterias coliformes, salmonella y shigella, indicaron que los suplementos fueron inocuos y aptos para consumo. Es necesario establecer estrategias para la aceptación de estos productos elaborados a partir de suero dulce de leche y fruta, como complementos alimentarios para poblaciones que requieran atención alimentaria y nutricional.