USOS ALTERNATIVOS DE LA PAPA EN EL ESTADO DE MÉXICO

María Gricelda Vázquez Carrillo Oswaldo Ángel Rubio Covarrubias Yolanda Salinas Moreno David Santiago Ramos Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias Centro de Investigación Regional del Centro Campo Experimental Valle de México Coatlinchán, Texcoco, Estado de México, Noviembre de 2012 Libro Técnico No.15

PERSONAL INVESTIGADOR DEL CAMPO EXPERIMENTAL VALLE DE MÉXICO Dra. PATRICIA RIVAS VALENCIA JEFA DE CAMPO Investigador(a)

Correo electrónico

Acosta Mireles Miguel, Dr.

[email protected]

Programa de investigación

Manejo forestal, sustentable y servicios ambientales Aguilar Zamora Alejandro Agustín, M.C. [email protected] Hortalizas Arellano Vázquez José Luis, Dr. [email protected] Maíz Audelo Benítez Marco Antonio, M.C. [email protected] Mecanización Ayala Garay Alma Velia, Dra. [email protected] Mecanización Buendía Rodríguez Enrique, M.C. [email protected] MFS y SA Cervantes Osornio Rocío, Dra. [email protected] Mecanización Cerón Rojas J. Jesús, Dr. ceron.jesus@ inifap.gob.mx Oleaginosas Cortes Espinosa Lorena, M.C. [email protected] Socioeconomía Cuevas Reyes Venancio, M.C. [email protected] Socioeconomía De La O Olán Micaela, Dra. [email protected] Recursos genéticos Díaz Valasis Margarita, Dra. [email protected] Forestal y agrícola Espinosa Calderón Alejandro, Dr. [email protected] Maíz Esquivel Esquivel Gilberto, Dr. [email protected] Recursos genéticos Flores Ayala Eulogio, M.C. [email protected] MFS y SA Garza García Dagoberto, M.C. [email protected] Garbanzo González Estrada Adrián, Dr. [email protected] Socioeconomía González González Miguel, Dr. [email protected] Cebada González Molina Lucila, Dra. [email protected] Fertilidad de suelos y nutrición vegetal [email protected] Hernández Casillas Juan Manuel, Dr. Recursos genéticos Hortelano Santa Rosa Rene, Dr. [email protected] Trigo y avena Huerta Espino Julio, Dr. [email protected] Trigo y avena Huerta Zurita Ramón, M.C. [email protected] Cebada Irizar Garza Martha Blanca Guadalupe, Dra. [email protected] Fertilidad de suelos y nutrición vegetal Jacinto Hernández Carmen, Dra. [email protected] Frijol y garbanzo Jiménez Regalado Ramón, Dr. jimé[email protected] Mecanización Jolalpa Barrera José Luis, M.C. [email protected] Socioeconomía Larqué Saavedra Bertha Sofía, Dra. [email protected] Socioeconomía Limón Ortega Agustín, Dr. [email protected] Trigo y avena Martínez Cruz Eliel, Dr. [email protected] Trigo y avena Martínez Trejo Guillermina, Dra. [email protected] Leche Mejía Andrade Hugo, M.C. [email protected] Maíz Muñiz Reyes Erica, Dra. [email protected] Sanidad forestal y agrícola Navarro Bravo Agustín, Dr. [email protected] Mecanización Pérez Herrera Patricia, M.C. [email protected] Trigo y avena Pineda Ojeda Tomás, M.C. [email protected] Plantaciones y sistemas y agroforestales Quezada Salinas Andres Dr. [email protected] Cebada Rivas Valencia Patricia, Dra. [email protected] Forestal y agrícola Rodríguez García Ma. Florencia, M.C. rodrí[email protected] Trigo y avena Salinas Moreno Yolanda, Dra. [email protected] Maíz Sangerman Jarquín Dora María, Dra. [email protected] Revista Mexicana de Ciencias Agrícolas Tovar Gómez Ma. del Rosario, Dra. [email protected] Maíz Turrent Fernández Antonio, Dr. [email protected] Maíz Vargas Vázquez María Luisa Patricia, M.C. [email protected] Frijol y garbanzo [email protected] Vázquez Carrillo María Gricelda, Dra. Maíz Vargas Sallago José Manuel, M. C. [email protected] Mecanización Velázquez Cardelas Gustavo Adrián, M.C. [email protected] Maíz Villaseñor Mir Héctor Eduardo, Dr. [email protected] Trigo y avena Virgen Vargas Juan, M.C. [email protected] Maíz Zamora Díaz Mauro Refugio, Dr. [email protected] Cebada Zepeda Bautista Rosalba, Dra. [email protected] Maíz

USOS ALTERNATIVOS DE LA PAPA EN EL ESTADO DE MÉXICO

María Gricelda Vázquez Carrillo Dra., Investigadora del laboratorio de Calidad de Maíz, C.E. Valle de México. CIRCE-INIFAP

Oswaldo Ángel Rubio Covarrubias Dr., Investigador del Programa de Papa, S.E. Toluca, CIRCE-INIFAP

Yolanda Salinas Moreno Dra., Investigadora del laboratorio de Calidad de Maíz, C.E. Valle de México. CIRCE-INIFAP

David Santiago Ramos Ing., Asistente del laboratorio de Calidad de Maíz, C.E. Valle de México. CIRCE-INIFAP

Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias Centro de Investigación Regional del Centro Campo Experimental Valle de México Coatlinchan, Texcoco, Estado de México Noviembre de 2012 Libro Técnico No. 15

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INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES FORESTALES, AGRÍCOLAS Y PECUARIAS Progreso No. 5, Barrio de Santa Catarina Delegación Coyoacán CP 04010, México, D.F. Teléfono (55) 38718700

USOS ALTERNATIVOS DE LA PAPA EN EL ESTADO DE MÉXICO ISBN: Primera Edición 2012 Libro Técnico No. 15 Impreso en México No está permitida la reproducción total o parcial de esta publicación, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de la Institución.

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CONTENIDO I.- INTRODUCCIÓN

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II.- GENERALIDADES SOBRE EL CULTIVO DE PAPA 2.1 Taxonomía 2.2 Origen 2.3 Morfología del tubérculo 2.4 Composición química 2.5 Componentes de importancia industrial y nutricional 2.5.1 Almidón

13 13 13 14 15 15 15

2.5.2 Azúcares

16

2.5.3 Proteínas y aminoácidos

16

2.5.4 Fenoles

17

2.5.5 Vitamina C

18

III.- SITUACIÓN MUNDIAL

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IV.- PRODUCCIÓN DE PAPA EN MÉXICO 4.1 Variedades de papa cultivadas en México

21 23

V.- PRODUCCIÓN DE PAPA EN EL ESTADO DE MÉXICO

24

VI.- CALIDAD DE LA PAPA Y FACTORES QUE LA AFECTAN 6.1 Parámetros de calidad 6.2 Factores que afectan la calidad 6.2.1 Factores agro-climáticos adversos

26 26 28 28

6.2.2 Enfermedades y plagas

29

6.2.3 Inestabilidad de los precios y problemas de comercialización

30

VII.- LOS COMPUESTOS FENÓLICOS Y SUS BENEFICIOS 7.1 Factores que intervienen en la acumulación 7.2 Funciones 7.3 Efectos de los fenoles en la salud

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31 32 32 33

VIII.- HOJUELAS DE PAPA FRITAS ELABORADAS A PARTIR DE TUBÉRCULOS NIXTAMALIZADOS 34 8.1 Calidad de las papas fritas 35 8.2 Contenido de calcio, sodio y potasio 38 8.3 Contenido de aceite y azúcares reductores en las papas fritas 42 8.4 Aceptación sensorial de las frituras 45 IX.- OBTENCIÓN DE HARINA 9.1 Harina de papa sin pre tratamiento 9.1.1 Rendimiento

45 46 47

9.1.2 Parámetros físico-químicos en harinas.

48

9.1.3 Granulometría

50

9.1.4 Color

51

9.3 Harina de papa nixtamalizada

52

X.- OBTENCIÓN DE ALMIDÓN 10.1 Rendimiento de almidón 10.2 Parámetros físicos

53 56 57

XI.- ELABORACIÓN DE PAN 11.1 Calidad del pan 11.1.1 Rendimiento

57 58 58

11.1.2 Color de miga

59

11.1.3 Textura

60

11.1.4 Volumen

62

11.2 Contenido de fenoles y actividad antioxidante

63

XII.- ELABORACIÓN DE GALLETAS

66

XIII.- PRODUCCIÓN DE ALCOHOL (ETANOL) 13.1 Producción de alcohol por hidrólisis química 13.2 Producción de alcohol por hidrólisis enzimática 13.2.1 Obtención de etanol a partir de almidón

69 71 74 77

13.2.2 Obtención de etanol a partir de tubérculos frescos

iv

78

13.2.3 Obtención de etanol a partir de harina de papa

80

XIV.- PRODUCCIÓN DE CERVEZA 83 XV.- ELABORACIÓN DE TORTILLAS 90 15.1 Tortillas elaboradas a partir del método tradicional, nixtamal maíz-papa 91 15.2 Tortillas elaboradas con harina de papa nixtamalizada mezclada con harina y masa de maíz nixtamalizado. 96 XVI.- AGRADECIMIENTOS 102 XVII.- LITERATURA CITADA 103

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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Corte longitudinal de un tubérculo de papa 14 Figura 2. Producción mundial de papa 2001-2010. FAO, 2012 20 Figura 3. Municipios productores de papa en el Estado de México 25 Figura 4. Pardeamiento del tubérculo y resultado del freído de tubérculos infectados con la enfermedad de la punta morada 30 Figura 5. Efecto de la concentración del hidróxido de calcio sobre el rendimiento de papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados de la variedad Fianna 35 Figura 6. Efecto de la concentración de hidróxido de calcio sobre la fracturabilidad de las papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados de la variedad Fianna 36 Figura 7. Apariencia de las papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados con piel y sin piel y con diferentes concentraciones de hidróxido de calcio 38 Figura 8. Efecto de la concentración de hidróxido de calcio sobre el contenido de calcio en papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados de la variedad Fianna 39 Figura 9. Efecto de la concentración de hidróxido de calcio sobre el contenido de sodio en papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados de la variedad Fianna 40 Figura 10. Efecto de la concentración de hidróxido de calcio sobre el contenido de potasio en papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados de la variedad Fianna 41 Figura 11. Efecto de la concentración de hidróxido de calcio en el contenido de aceite de papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados de la variedad Fianna 42 Figura 12. Efecto de la nixtamalización sobre el contenido de azúcares solubles totales y reductores en tubérculos de papa con y sin piel 44 Figura 13. Diagrama general del proceso de obtención de harina de papa 46 Figura 14. Diagrama general de producción de harina nixtamalizada de papa 52 Figura 15. Diagrama general de obtención de almidón a nivel industrial 54 Figura 16. Rendimiento de pan elaborado con diferentes proporciones de harina y almidón de papa de 3 variedades 58 Figura 17. Color de miga de pan elaborado con diferentes proporciones de harina y almidón de papa de tres variedades 60 Figura 18. Textura de pan elaborado con diferentes proporciones de harina y almidón de papa de tres variedades 61

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Figura 19. Volumen de pan elaborado con diferentes proporciones de harina de papa 62 Figura 20. Volumen de pan elaborado con mezclas de harina de trigo y almidón de papa 63 Figura 21. Contenido de fenoles extractables solubles (FES) y actividad antioxidante (AA) en pan elaborado con diferentes proporciones de harina y almidón de papa 64 Figura 22. Aspecto de piezas de pan elaboradas con mezclas de harina de trigo con harina o almidón de papa 66 Figura 23. Aspecto visual de galletas elaboradas con harina refinada de papa 68 Figura 24. Diagrama general de producción de alcohol a partir de papa 70 Figura 25. Esquema general del proceso de producción de alcohol por vía enzimática 75 Figura 26. Proceso de obtención de etanol a partir de tubérculos frescos de tres variedades de papa 78 Figura 27. Cinética de la producción de etanol con diferentes variedades de papa fresca provenientes del Estado de México 80 Figura 28. Proceso de obtención de etanol a partir de harina de papa 81 Figura 29. Cinética de la producción de etanol a partir de harina de dos variedades de papa 82 Figura 30. Efecto de la sanidad de los tubérculos en la cinética de producción de etanol a partir de harina 83 Figura 31. Diagrama general de la elaboración de cerveza a partir de papa84 Figura 32. Dureza y humedad de tortillas elaboradas con mezclas de maíz-papa entera 94 Figura 33. Color (expresado como luminosidad) en masa y tortillas elaboradas con mezclas de maíz-papa entera 95 Figura 34. Dureza y humedad de tortillas elaboradas con mezclas de harina de papa-harina de maíz, y harina de papa-masa de maíz, con sus correspondientes testigos 100 Figura 35. Color (expresado como luminosidad) en masa y tortillas elaboradas con mezclas de harina de papa-harina de maíz, y harina de papa-masa de maíz, con sus correspondientes testigos 101

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ÍNDICE DE CUADROS Cuadro 1. Composición química general del tubérculo de papa. 15 Cuadro 2. Principales países consumidores de papa. (Consumo total y consumo per cápita), 2007. 21 Cuadro 3. Principales estados productores de papa 2010. SIAP, 2012 22 Cuadro 4. Principales municipios productores de papa en el estado de México. Año agrícola PV+OI, 2010. 26 Cuadro 5. Efecto de la concentración de hidróxido de calcio sobre el color de papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados de la variedad Fianna. 37 Cuadro 6. Rendimiento de harina de tres variedades de papa del Estado de México. 48 Cuadro 7. Contenido de humedad y grasa de diferentes harinas de papa. 49 Cuadro 8. Granulometría en diferentes harinas de papa. 50 Cuadro 9. Color de harinas de papa 51 Cuadro 10. Rendimiento de almidón de cuatro variedades de papa. 56 Cuadro 11. Contenido de humedad y aceite en almidón de papa de dos variedades. 57 Cuadro 12. Calidad de galletas elaboradas con harina refinada de papa de las variedades Malinche y Nau. 67 Cuadro 13. Contenido de fenoles solubles y actividad antioxidante de galletas elaboradas con harina refinada de papa y harina de trigo. 68 Cuadro 14. Contenido de azúcares reductores en el mosto después de la hidrólisis con dos ácidos. 71 Cuadro 15. Contenido de azúcares reductores en el mosto después de la hidrólisis. 72 Cuadro 16. Contenido de azúcares reductores en el mosto al finalizar la fermentación. 73 Cuadro 17. Producción de etanol a partir de dos variedades de papa cultivadas en el Estado de México. 73 Cuadro 18. Condiciones de hidrólisis (dextrinización y sacarificación) de papa con dos enzimas. 77 Cuadro 19. Contenido de azúcares inicial, rendimiento en dextrinización y sacarificación en la hidrólisis de tubérculos de tres variedades de papa. 79 Cuadro 20. Comparación de los tratamientos para ajustar los azúcares reductores en el mosto. 86 Cuadro 21. Evolución del contenido de azúcares reductores en el proceso de elaboración de cerveza a partir de tubérculos de papa. 89 Cuadro 22. Características de masa y tortillas elaboradas con mezclas de maíz y papa. 92

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Cuadro 23. Tratamientos evaluados en tortillas elaboradas a base de harina de papa. 96 Cuadro 24. Características de masa y tortillas elaboradas a base de harina de papa. 98

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I.- INTRODUCCIÓN El estado de México ocupa el quinto lugar a nivel nacional en producción de papa y es el primer productor de papa, bajo condiciones de temporal. Las regiones productoras presentan ventajas y una relativa importancia debido a sus condiciones geográficas y agro-climáticas que hacen adecuado el desarrollo de este cultivo. La producción de papa en el Estado de México es de gran importancia socioeconómica por el valor de la producción, la generación de empleos, su rentabilidad y los beneficios que deja a los productores dedicados a esta actividad. No obstante estas ventajas, la producción de papa se ha visto seriamente afectada, por la problemática que actualmente afecta a este cultivo: plagas y enfermedades (punta morada de la papa, tizón tardío, etc.) cada vez más resistentes, lo que implica un mayor uso de insumos como fungicidas e insecticidas que elevan los costos de producción; condiciones climáticas adversas (p. e. heladas, granizo, sequía), debidas al cambio climático, situaciones que promueven la producción de tubérculos de mala calidad para la industria de papas fritas y que generan grandes pérdidas económicas a los productores al no poder comercializar su producción; aunado a lo anterior se presenta la competencia desventajosa de los productores nacionales frente a los de Estados Unidos y Canadá, ante la apertura del Tratado de Libre Comercio de América del Norte (TLCAN), ya que la invasión de productos de papa de estos países genera poca competitividad, menor demanda del producto nacional y por tanto precios bajos. El interés en el estudio de la papa y su aprovechamiento para la alimentación humana surge debido a la importancia y problemática de este tubérculo en el país y en el estado, aunado a que recientemente se reconoce que algunos compuestos presentes en la papa, tales como los compuestos fenólicos tienen 11

propiedades principalmente antioxidantes y anticancerígenas, por lo que ya son demandados en la industria de alimentos y por los consumidores. Por todo lo anterior, el Laboratorio de Calidad de Maíz del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), gracias al apoyo de la SAGARPA y del Gobierno del Estado de México, a través de la Fundación Produce, se ha dado a la tarea de explorar y presentar diversas alternativas de uso de la papa, sobretodo de aquella que no cumple los parámetros de calidad de la industria de papas fritas, desarrollando productos y alimentos que tengan aceptación entre la población urbana y rural de bajos recursos económicos, mejorando su nutrición, dándole un valor agregado al producto sin elevar su costo y sin alterar la forma y patrón de alimentación de la población; de esta manera el INIFAP contribuye a evitar la subutilización de la producción que no tiene mercado, generando nuevas alternativas que podrían mejorar los ingresos de los productores. El presente folleto pretende ser una herramienta para todos aquellos técnicos y productores interesados en conocer las alternativas de uso para los tubérculos que no cumplen con los estándares de calidad demandados por la industria o el mercado para consumo en fresco. Esperando que los resultados aquí plasmados sirvan como referencia para implementar y validar los procesos aquí descritos.

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II.- GENERALIDADES SOBRE EL CULTIVO DE PAPA 2.1 Taxonomía La papa (Solanum tuberosum L.) es una planta herbácea anual que alcanza una altura hasta de un metro y produce tubérculos. Pertenece a la familia de las solanáceas, del género Solanum, formado por al menos otras mil especies, como el tomate y la berenjena. El género Solanum, especie tuberosum se divide en dos subespecies diferentes: la andigena, adaptada a condiciones de días cortos, cultivada principalmente en los Andes, y tuberosum, la subespecie que hoy se cultiva en todo el mundo y se piensa que desciende de una pequeña introducción en Europa de papas andigenas, posteriormente adaptadas a días más largos (FAO, 2008). 2.2 Origen El centro de máxima variabilidad de especies de papa se sitúa en el corazón de los Andes, en las zonas altas de Perú y Bolivia y por esta razón se considera a la citada región como su centro de origen. Su domesticación comenzó hace unos 8 000 años aproximadamente, sin embargo, su distribución y explotación a nivel mundial como cultivo ocurrió muchos siglos después, debido a la conquista de los países americanos, en los siglos XV y XVI, hecha por los europeos, quienes llevaron la papa a Europa y a los países asiáticos (Borba, 2008). En México, la presencia de una diversidad de especies silvestres en la zona centro indica que también se encuentra en el ámbito de origen de este tubérculo, sin embargo, las variedades cultivadas probablemente fueron introducidas por los españoles en el siglo XVI (FAO, 2008).

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2.3 Morfología del tubérculo El tubérculo tiene una yema terminal en la extremidad apical denominada “corona”. En el otro extremo, llamado “talón”, se encuentra el punto de unión del estolón: el “ombligo”. A todo lo largo del tubérculo se hayan dispuestas yemas axilares rebordeadas por la cicatriz de una escama mejor conocidas como “ojos”. Haciendo el corte longitudinal de un tubérculo se puede observar, del exterior al interior, en primer lugar el peridermo o piel; debajo de la piel se encuentra la “pulpa” o “carne” del tubérculo que comprende: la corteza o parénquima cortical; el anillo vascular, que está compuesto del floema externo, el xilema, y los tejidos parenquimatosos; la zona perimedular y la médula o parénquima medular (Figura 1) (Fueyo, 2007).

Figura 1. Corte longitudinal de un tubérculo de papa.

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2.4 Composición química Woolfe (1987), afirma que el valor alimenticio de la papa es generalmente subestimado, a pesar de haberse demostrado que es fuente de proteína de alto valor biológico, que tiene una relación favorable de caloría proteínica y caloría total, y es fuente importante de vitaminas y minerales. La composición química general de la papa se muestra en el cuadro 1. Cuadro 1. Composición química general del tubérculo de papa.

Componente Agua Materia seca Almidón Fibra Lípidos Proteína

Contenido (%) 63.0-86.9 13.1–37.0 12.6–20.0 0.17–3.48 0.02–0.96 0.6–4.6

Fuente: FAO, 2008; Bradshaw y Ramsay, 2009.

2.5 Componentes de importancia industrial y nutricional 2.5.1 Almidón El almidón comprende del 65-80 % de la materia seca del tubérculo de papa, y es el componente nutricional más importante. El contenido de almidón y sus características físicas y químicas están asociados con varios parámetros que influyen en la calidad y condicionan la operación de los procesos de industrialización de los tubérculos y la extracción del almidón (Moreno, 2000). El almidón está presente en forma de gránulos microscópicos (5-50 μm), compuestos en un 99 % por amilosa y amilopectina en proporción 1:3. Su contenido varía según la variedad, el estado de madurez del tubérculo y las condiciones del medio, su distribución no es homogénea, ya que las células de los 15

haces vasculares contienen muchos gránulos pequeños (6-10 μm) mientras que las del parénquima medular y de la médula tiene los gránulos más grandes. La mayor concentración de gránulos pequeños se encuentra en el parénquima cortical. Otro de los componentes de los gránulos de almidón, en menor proporción, es el fósforo que se ha demostrado que está químicamente combinado con la fracción de amilopectina y que influye mucho en el procesamiento de las papas por sus propiedades coloidales (Burton, 1989). 2.5.2 Azúcares Los azúcares solubles del tubérculo de papa son esencialmente la sacarosa y los azúcares reductores (glucosa y fructosa). Asimismo se encuentran trazas de maltosa, xilosa, rafinosa, melibiosa y melecitosa. Los azúcares solubles se encuentran generalmente en mayor cantidad en la parte del talón que en la corona y al nivel del haz vascular y de la médula más que en la periferia del tubérculo. El contenido de azúcares está influenciado por muchos factores como: la variedad, el grado de madurez de los tubérculos, la fertilización mineral, las condiciones climáticas en las que se desarrolla la planta y las condiciones de almacenamiento (Rousselle et al., 1999). 2.5.3 Proteínas y aminoácidos Las proteínas constituyen alrededor del 8 % del peso de la materia seca del tubérculo, de ellas el 90 % son hidrosolubles y están localizadas en la pulpa. Las proteínas insolubles están situadas en la piel y en las membranas celulares. Según su solubilidad, se les clasifica en dos categorías: las globulinas (solubles en soluciones salinas), denominadas tuberinas por que predominan en el tubérculo (70 %) y las albúminas, solubles en agua, denominadas tuberininas (30 %). El contenido de proteínas es generalmente bajo a nivel del haz pero aumenta progresivamente hacia la epidermis y la médula. Depende de la 16

variedad y su concentración puede variar por factores del medio ambiente, aunque el contenido de aminoácidos permanece relativamente constante (Rousselle et al., 1999). Los aminoácidos libres se encuentran igualmente en la fracción soluble y presentan una buena complementariedad con los aminoácidos que constituyen a las proteínas. Los principales aminoácidos encontrados son: asparagina, glutamina y acido glutámico (Rousselle et al., 1999). De estos tres, la asparagina tiene una gran importancia debido a que durante los tratamientos térmicos como la fritura, reacciona con los azúcares reductores (glucosa y fructosa) dando lugar a la reacción de Maillard, responsable en gran medida de la coloración oscura en las hojuelas fritas (Bradshaw y Ramsay, 2009). En los últimos años estos aminoácidos han sido muy estudiados, sobretodo la asparagina, debido a que durante la reacción de Maillard dan lugar a un compuesto conocido como acrilamida, reconocido por la Agencia Internacional de Investigación sobre el Cáncer (IARC, por sus siglas en inglés) como un probable compuesto carcinógeno para los humanos (Pinhero et al., 2009). 2.5.4 Fenoles Los compuestos fenólicos están relacionados con el color de la papa cruda y son, en menor parte, responsables de ciertos tipos de decoloración en productos de papa procesados. Químicamente es posible distinguir los siguientes tipos de compuestos fenólicos: lignina, cumarinas, antocianinas, flavonas, taninos, fenoles monohídricos y polifenoles. El ácido clorogénico es el mayor compuesto fenólico de la papa, ya que comprende más del 90 % del total de compuestos fenólicos presentes, es un éster formado por ácido trans-cinámico y ácido quínico. Al menos tres formas isoméricas de este ácido pueden encontrarse en la papa, constituyen del 0.025 a 0.150 % del peso seco del 17

tubérculo de papa y se concentran en una delgada capa en el peridermo junto a la piel. El ácido clorogénico, junto con otros polifenoles, se acumula en el sitio de infección por microorganismos en los tubérculos, pero también cuando hay daño mecánico y cuando son expuestos a la luz (Kärenlampi y White, 2009). 2.5.5 Vitamina C La papa tiene un alto contenido de ácido ascórbico o vitamina C (13 mg por cada 100 g de papa fresca), sin embargo, este contenido se ve afectado severamente durante el hervido o freído de los tubérculos (Monro y Mishra, 2009). Cuando se almacenan los tubérculos frescos hay inicialmente una pérdida rápida de esta vitamina, entre 50 y 70 %, seguido después de pequeñas pérdidas. Transcurridos seis meses de almacenamiento, más de la mitad del ácido ascórbico original puede destruirse, esta pérdida es más rápida y severa entre más baja sea la temperatura. En papas cocidas el acido ascórbico se retiene más que en las papas horneadas, aunque en ambos hay pérdidas considerables. Durante la ebullición las papas pierden entre 14 y 40 % de vitamina C (Navarre et al., 2009). La degradación del acido ascórbico puede tener lugar en presencia y ausencia de oxigeno y conduce a la formación de compuestos de color pardo (oscurecimiento no enzimático) (Rousselle et al., 1999).

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III.- SITUACIÓN MUNDIAL La papa es el cuarto alimento de mayor consumo a nivel mundial, solo superada por el maíz, trigo y arroz; en general, no se conoce la verdadera antigüedad de las plantas cultivadas y por consiguiente, tampoco se sabe desde cuando estos cuatro productos básicos forman parte de la dieta humana. Este tubérculo es más eficiente que la mayoría de los cultivos básicos para convertir los factores agroecológicos, el capital y la mano de obra en un producto de alto valor económico. Además, debido a su plasticidad fenotípica, la papa se adapta fácilmente a diversos climas y sistemas de cultivo, por lo cual, la producción mundial de papa va en continuo aumento, especialmente en los países más poblados como son China e India (Luján, 1996; Borba, 2008). La producción mundial de papa en el 2010 fue de 324.2 millones de toneladas; debido a condiciones climáticas adversas, en 2005, 2006, y 2010 la producción disminuyó, sin embargo su tendencia es al aumento, sobretodo en países en desarrollo (Figura 2) (FAO, 2012).

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Millones de toneladas

Mundial

Países desarrollados

Paises en desarrollo

400.0 300.0 200.0 100.0 0.0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Año

Figura 2. Producción mundial de papa 2001-2010. FAO, 2012.

La producción de papa en los países desarrollados, especialmente en Europa y en los países de la Ex Unión Soviética, ha disminuido en promedio un 1 % al año en los últimos 20 años, en cambio en los países en desarrollo ha aumentado en promedio un 5 % anual. Los países asiáticos, en particular China e India, han impulsado este crecimiento. En 2010, la participación de los países en desarrollo en la producción mundial de papas fue del 74 %, con lo que superó la del mundo desarrollado (24 %), el 2 % corresponde a países subdesarrollados (Figura 2). Aun así, hoy en día la producción y el consumo mundial de papas crece a tasas inferiores que la población (FAO, 2012). Los principales países productores de papa son China, India, Rusia, Ucrania, Estados Unidos, Alemania, Polonia, Bangladesh, Bielorrusia y Países Bajos. Asia y Europa son las principales regiones productoras de papa del mundo y suministran alrededor del 80 % de la producción mundial (FAO, 2012).

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En cuanto al consumo, Asia consume casi la mitad del suministro mundial de papa, no obstante, por su enorme población el consumo anual por persona no rebasa los 25 kg. Los mayores consumidores de papa son los europeos, principalmente Bielorrusia y Montenegro, cuyo consumo es superior a los 170 kg/persona/año (Cuadro 2); el menor consumo ocurre en África y América Latina (FAO, 2012). Cuadro 2. Principales países consumidores de papa. (Consumo total y consumo per cápita), 2007. Consumo total

Consumo per cápita

País China India

(millones de ton) 43.5 20.8

País Bielorrusia Montenegro

(kg/persona/año) 189 178

Rusia

18.9

Rusia

133

Estados Unidos

17.2

Ucrania

131

Reino Unido

6.5

Estonia

127

Fuente: FAO, 2012

IV.- PRODUCCIÓN DE PAPA EN MÉXICO Actualmente México ocupa el séptimo lugar en producción de papa en América. En 2010 se produjeron 1.54 millones de toneladas de papa (FAO, 2012). En México, esta hortaliza es de gran importancia económica ya que está entre las más cultivadas y rentables, además de que genera una gran cantidad de empleos. Se cultiva en 24 de los 32 estados de la república. Entre los principales estados productores se encuentran Sonora, Sinaloa, Nuevo León, Chihuahua y el Estado de México (Cuadro 3). En 2011 la superficie nacional cosechada de este cultivo fue de 55 mil ha, de las que se obtuvo una producción de 1.5 millones de 21

toneladas con un rendimiento promedio de 26.3 ton ha-1 (SIAP, 2012). Cuadro 3. Principales estados productores de papa 2010. SIAP, 2012 Estado

Superficie sembrada (ha)

Producción (ton)

Sonora Sinaloa Nuevo León Chihuahua México

12212 10337 3597 4075 4037

376723 262097 134608 107850 107667

Rendimiento (ton ha ) 30.9 25.6 37.4 26.9 26.7 -1

De acuerdo a la información de la CONPAPA (Confederación Nacional de Productores de Papa), la mayor parte de la producción (55 %), se destina al consumo en fresco, un 19 % se destina a la industria de la fritura y el 16 % restante se usa para semilla (CONPAPA, 2010). En México, la papa se cultiva durante todo el año, en los dos ciclos agrícolas: primavera-verano (PV) y otoño-invierno (OI). En Sinaloa se establece el cultivo únicamente en el ciclo OI, debido a las condiciones climatológicas que predominan (Luque, 2012). En cuanto al consumo total, a nivel del continente americano, México ocupa el sexto lugar, con un consumo anual de 1.88 millones de toneladas, a pesar de esto el consumo per cápita es bajo, solo 17 kg por persona al año, comparado con el principal consumidor de América que es Perú (74 kg/persona/año) (FAO, 2012).

22

4.1 Variedades de papa cultivadas en México Luque (2012), menciona que las variedades de papa que son cultivadas para consumo humano se pueden clasificar en tres grupos, de acuerdo al color y tipo de cáscara: 1. variedades de color rosado, 2. variedades de cascara lisa y de color blanco o amarillo, y 3. variedades de color rojo. Las variedades de color rojo y rosado se producen en México, principalmente en las zonas de temporal de los estados de Puebla, Estado de México, Hidalgo, Veracruz y Tlaxcala. Entre las variedades que predominan se encuentran Rosita, San José y Marciana. Estas variedades han sido generadas por el INIFAP, son resistentes contra el tizón tardío de la papa (Phytophthora infestans Mont. De Bary) y se adaptan a los valles y sierras del centro de la República Mexicana. Cabe destacar que la superficie sembrada con estas variedades ha ido disminuyendo a través del tiempo debido a que no se produce semilla certificada y la que se utiliza actualmente como semilla se encuentra muy degenerada por enfermedades (Rubio et al., 2000). Las variedades de color blanco o amarillo se siembran con mayor frecuencia en todo el país y se destinan a los diferentes mercados de consumo en fresco y uso industrial. Los principales estados productores de este tipo de variedades son: Sinaloa, Sonora, Nuevo León, Guanajuato, Coahuila, Chihuahua, Estado de México y Puebla. Las variedades blancas que predominan son Fianna, Alpha, Gigant, Mondial, Atlantic y en menor superficie Caesar, Vivaldi, Adora, Agata, Elfe, Fabula, FL1867, Escort y Felsina. Las variedades Atlantic, Fianna y FL1867 son las que más se utilizan en la industria para producir hojuelas fritas. La variedad Tollocan, de piel blanca, es otra variedad resistente al tizón tardío generada por el INIFAP la cual se sigue sembrando en el centro 23

de México, sin embargo no se dispone de semilla de buena calidad. Se estima que actualmente las variedades mexicanas solo se siembran en el 5% de la superficie nacional de papa. V.- PRODUCCIÓN DE PAPA EN EL ESTADO DE MÉXICO El cultivo de papa en el Estado de México es de gran importancia económica y social. Se cuenta con un clima húmedo frio y/o templado propicio para la producción de papa, sin embargo las condiciones climáticas también son propicias para el desarrollo del tizón tardío (Rubio et al., 2000). Debido a este problema, algunos agricultores de bajos recursos económicos siembran variedades de papa resistentes como son San José, Rosita, Marciana y Tollocan siendo estas variedades las que se cotizan a menor precio que otras variedades blancas de origen europeo mencionadas anteriormente (Rubio et al., 2000). Generalmente, las variedades resistentes al tizón tardío son tardías, característica por la que algunos agricultores prefieren sembrar otras variedades precoces. La enfermedad conocida como punta morada de la papa, afecta principalmente a las zonas con una altitud menor de los 3200 msnm en el Estado de México. El síntoma más distintivo de la enfermedad es el manchado interno de los tubérculos, el cual es asociado con la presencia de la bacteria Candidatus Liberibacter psyllaurous (sinónimo de solanacearum), transmitida por el psilido de la papa Bactericera cockerelli Sulc. (Rubio et al., 2011). Este problema es la principal causa por la que los tubérculos sean rechazados en el mercado en fresco y que no sirvan para la producción de obleas fritas ya que éstas adquieren una coloración aún más obscura después de freírse.

24

En 2010 el Estado de México ocupó el quinto lugar en producción a nivel nacional, con una producción de 107 667 toneladas, una superficie sembrada de 4 037 hectáreas y un rendimiento promedio de 26.7 ton ha-1. Se produce en 27 de los 125 municipios con los que cuenta el estado (Figura 3).

Figura 3. Municipios productores de papa en el Estado de México

25

En el estado de México se produce en ambos ciclos. El 94 % de la producción se obtiene en el ciclo PV, y el 6 % en el ciclo OI. Los principales municipios productores (Juchitepec, Zinacantepec, Villa de Allende y San José del Rincón) producen en el ciclo primavera-verano; Valle de Bravo y Temascaltepec producen en el ciclo OI (Cuadro 4). Cuadro 4. Principales municipios productores de papa en el estado de México. Año agrícola PV+OI, 2010. Municipio

Superficie Sembrada (ha) 800 758 355

Producción (ton)

Rendimiento (ton ha )

30400 15013 12425

38.0 19.8 35.0

PMR ($ / ton) 4300 6684 6000

San José del Rincón Tenango del Valle

400

11200

28.0

6300

560

10640

19.0

7500

Villa Victoria

200

8000

40.0

8000

Valle de Bravo

120

3571

31.1

6000

Amanalco

101

3000

30.0

8000

Tianguistengo

110

1925

17.5

7500

99

1610

16.3

7515

Juchitepec Zinacantepec Villa de Allende

Temascaltepec

-1

PMR: Precio Medio Rural; Fuente: SIAP, 2012

VI.- CALIDAD DE LA PAPA Y FACTORES QUE LA AFECTAN 6.1 Parámetros de calidad La industria exige papa con distintas características. Existen parámetros y procedimientos estrictos para la calificación de productos procesados de alta calidad. De acuerdo con Moreno (2000) y Naranjo et al. (2002), las características de mayor importancia son: 26

 Tamaño, forma y uniformidad del tubérculo. Estas características dependen de la condición genética de la variedad, de la densidad de plantas y de las prácticas de cultivo. Generalmente la industria busca papas relativamente grandes y uniformes. La uniformidad es una característica muy importante, especialmente cuando se trata de papa para procesamiento a la francesa y chips.  Profundidad de los ojos. Influye en el rendimiento del tubérculo por la pérdida de pulpa en el pelado y en la facilidad o dificultad para hacerlo. Además, las papas con ojos profundos acumulan tierra y complica su lavado, especialmente cuando se utilizan peladoras mecánicas.  Condición física Los tubérculos con defectos físicos o enfermedades son descartados para el proceso industrial. Se descartan los tubérculos con daños físicos ocasionados por el manejo, en donde se rompen las células produciendo manchones de color marrón.  Presencia del corazón hueco Se encuentra este fenómeno generalmente en los tubérculos grandes y constituyen condiciones físicas indeseables para la industria.  Contenido de materia seca Esta es una característica apreciada por la industria y depende de la variedad, prácticas de cultivo, clima, tipo de suelo e incidencias de plagas y enfermedades. Una papa con alto contenido de materia seca mantiene una apariencia muy harinosa. El rendimiento de la papa que se procesa para obtener fécula o harina, puré en polvo, chips u hojuelas o papas fritas a la francesa es más elevado cuanto mayor sea el contenido de materia seca. Debido a una relación inversamente proporcional entre el contenido de materia seca y el consumo de aceite, la industria exige que la papa contenga por lo menos 21 % de materia seca. 27

 Contenido de azúcares reductores Un contenido reducido de azúcares da una buena coloración a la fritura. Un contenido elevado de azúcares en la papa produce una coloración obscura que trae consigo una distorsión del sabor (amargo). Para elaborar papa frita tipo chips se necesitan variedades que presenten un máximo de 0.02 % de azúcares reductores (Naranjo et al., 2002). 6.2 Factores que afectan la calidad Herrera y Scott (1993) reportan que en América Latina, existen alrededor de 71 factores que afectan la producción, calidad y el uso de los tubérculos de papa, siendo los más importantes los factores de estrés biótico y abiótico. Estos factores generan estrés en la planta de papa, lo que induce la acumulación de varios compuestos como un mecanismo de defensa, entre ellos los compuestos fenólicos y los azúcares, ambos indeseables para la industria de papas fritas. 6.2.1 Factores agro-climáticos adversos Los factores climáticos como las sequías y heladas han existido siempre, sin embargo, en la última década la presencia de estos fenómenos climatológicos son más frecuentes, debido principalmente al cambio climático, lo que afecta en gran medida a las plantas. Tan solo en 2011, alrededor de 500 productores de papa en el estado de México tuvieron pérdidas económicas que fluctuaron ente 250 mil a un millón de pesos por productor, debido a las heladas que azotaron a grandes municipios productores como San José del Rincón, San Felipe del Progreso y Villa Victoria (Aguilar, 2011). En los municipios de Zinacantepec y Tenango del Valle las pérdidas fueron de 800 hectáreas de un total de 1500 que se sembraron con este cultivo (Noriega, 2011). 28

Los principales efectos de las heladas son pérdida total o en su caso el desarrollo de tubérculos pequeños, debido principalmente a que la nula o inexistente actividad fotosintética de la planta, produce poca materia seca, la cual es utilizada para el crecimiento de los tubérculos. La cantidad de materia seca producida depende de la intercepción de la radiación solar, al no existir follaje o al perderse éste por las heladas se detiene el proceso de formación de los tubérculos (Biarnès y Duchenne, 1995). Por otro lado la papa es un cultivo mayormente sembrado en zonas de clima templado y frio, no obstante, que esta condición induce la acumulación de azúcares (Yuanyuan et al., 2009), existen variedades cuya constitución genética no permite una excesiva acumulación de éstos compuestos, mientras que algunas otras como las cultivadas en algunas zonas del Estado de México producen muchos azúcares, lo que produce tubérculos no aptos para su procesamiento como papas fritas. 6.2.2 Enfermedades y plagas Entre las enfermedades que afectan al cultivo de la papa en el Estado de México y en otras regiones del país, la punta morada de la papa y el tizón tardío, son las que más pérdidas económicas generan (Alarcón et al., 2009; Lozoya et al., 2007; Rubio et al., 2011). La punta morada de la papa afecta el rendimiento y la calidad de los tubérculos por que induce el pardeamiento de los haces vasculares (Figura 3) y la brotación anormal (Rubio et al., 2006; Rubio et al., 2011). El pardeamiento se intensifica cuando se producen papas fritas a partir de tubérculos de plantas infectadas (Figura 4), tal y como ha sido reportado por Munyaneza et al. (2007). 29

FREÍDO

Figura 4. Pardeamiento del tubérculo y resultado del freído de tubérculos infectados con la enfermedad de la punta morada. Imágenes obtenidas en el laboratorio de Calidad de Maíz-INIFAP.

6.2.3 Inestabilidad de los precios y problemas de comercialización. Otro de los factores que afectan a la cadena de producción de papa es la inestabilidad de los precios y de la producción. La mayoría de los productores, tanto del Estado de México como de otros estados, producen papa primordialmente durante el ciclo PV, por lo que en los meses de octubre y noviembre existe una gran producción y por tanto mayor oferta (Hernández et al., 2000). Este fenómeno afecta de manera importante los precios de la papa y los productores se ven en la necesidad de vender su producto a precios tan bajos que en ocasiones no resulta rentable el cultivo o se generan grandes pérdidas. Por otro lado algunos productores deciden guardar su producto para esperar mejores precios en el mercado y tener mejores ingresos, sin embargo, los mecanismos utilizados para almacenar el producto son obsoletos. Se estima que más del 70 % de los productores guardan su papa en costales y en bodegas con poca 30

ventilación, permitiendo con ello fenómenos de descomposición importantes, que implican pérdidas que van de entre 25 y 75 % del producto principalmente por pudrición (Luna, 2001). Aunado a lo anterior a partir de 2003 la apertura comercial del Tratado de Libre Comercio de América del Norte (TLCAN) ha provocado que se introduzcan al país papas pretratadas y envasadas (Santiago y García, 2001), cuya preparación final es muy rápida (papas a la francesa prefritas y congeladas, cubos de papa precocidos, papas hervidas, al vapor, etc.) que poco a poco ganan terreno entre los consumidores, lo que ha reducido la venta de papas frescas de la producción nacional (com. pers.1). VII.- LOS COMPUESTOS FENÓLICOS Y SUS BENEFICIOS Los fenoles son compuestos químicos que se encuentran ampliamente distribuidos en las plantas como producto de su metabolismo secundario, algunos de los cuales son indispensables para su funcionamiento y otros son útiles en los mecanismos de defensa bajo situaciones de estrés (Kim et al., 2003). Los compuestos fenólicos son metabolitos secundarios con propiedades antioxidantes, antibacteriales, antivirales, antiinflamatorias, antialérgicas, antimutagénicas y anticancerígenas, por lo que son demandados en la industria de alimentos y por los consumidores (Friedman, 1997). La presencia de compuestos fenólicos en forma libre (tales como el acido clorogénico y acido caféico) se han reportado en papa y recientemente se ha demostrado su elevada actividad antioxidante (Nara et al., 2006).

1

Ing. José Rojas Escalante. Gerente del Sistema Producto Papa, Estado de México.

31

7.1 Factores que intervienen en la acumulación. Durante el proceso normal de crecimiento y desarrollo, las plantas son sujetas a diferentes tipos de estrés, tales como sequia, calor, luz ultravioleta, aire contaminado y ataque de patógenos. La mayoría de las plantas sufren daños fisiológicos o bioquímicos cuando se exponen a temperaturas más altas o más bajas de las óptimas para su crecimiento. El resultado de estos daños se ve reflejado en los procesos metabólicos, que pueden reducir la capacidad de crecimiento de los cultivos y disminuir el rendimiento comercial. Se ha demostrado que el estrés induce a la producción de compuestos fenólicos, tales como flavonoides y fenilpropanoides (Rivero et al., 2001). 7.2 Funciones. En las plantas los fenoles pueden actuar como fitoalexinas, contribuyen a la pigmentación de las plantas, son antioxidantes y son agentes de prevención contra la luz UV entre otros. En alimentos los fenoles pueden contribuir en la astringencia, color, sabor, olor y dan estabilidad antioxidante a los productos (Naczk y Shahidi, 2004). Se conoce también que constituyen el color gris, pardo o verde de productos alimenticios los cuales pueden ser indeseables (Sosulski et al., 1982). Los mismos autores encontraron que los ácidos fenólicos contribuyen al sabor de los alimentos especialmente el astringente, cuando se encuentran en niveles de 40 a 90 mg kg-1. Los ácidos fenólicos tales como el cafeico, clorogénico, ferúlico, cinámico y p-cumárico contienen gran actividad antioxidante (Velioglu et al., 1998).

32

7.3 Efectos de los fenoles en la salud. Los compuestos fenólicos presentes en la papa tienen los siguientes efectos sobre la salud: 

Actividad antioxidante Los antioxidantes son compuestos que inhiben o retardan la oxidación de otras moléculas por el inicio y propagación de las reacciones de oxidación en cadena (Velioglu et al., 1998). La importancia de los antioxidantes es crucial para la salud, debido a su capacidad de neutralizar radicales libres, que contienen uno o más electrones desapareados (Thomas, 2000). El antioxidante al colisionar con el radical libre le cede un electrón, oxidándose a su vez y transformándose en un radical libre débil no tóxico (Rodríguez et al., 2001).  Propiedades anticancerígenas. El ácido clorogénico, el mayor ácido fenólico encontrado en la papa, se ha identificado como una sustancia que controla algunos procesos involucrados en la iniciación de un cáncer (Contreras, 2001).  Propiedades reductoras de glucosa. Los fenoles de la papa, legumbres y cereales, han mostrado que reducen los niveles de glucosa presentes en la sangre, según estudios realizados en alimentos que inducen diabetes (Contreras, 2001).  Efectos sobre el colesterol. Pruebas de laboratorio han reportado que el ácido clorogénico y otros fenoles tienen una fuerte actividad antioxidante sobre lipoproteínas que se relacionan directamente con enfermedades cardíacas. Otros estudios realizados con ratas muestran como el consumo de piel de papa redujo los niveles de colesterol en la sangre (Contreras, 2001). 33

VIII.- HOJUELAS DE PAPA FRITAS ELABORADAS A PARTIR DE TUBÉRCULOS NIXTAMALIZADOS Como ya se mencionó en secciones anteriores un alto contenido de azúcares solubles en los tubérculos de papa induce una coloración oscura en las papas fritas, siendo ésta una característica inherente de algunas variedades de papa cultivadas en el Estado de México. Por lo que se propone la nixtamalización (precocido en solución de hidróxido de calcio) de los tubérculos como un tratamiento previo al rebanado y freído de las rodajas. Con este proceso se solubilizan parte de los azúcares solubles en el agua de cocimiento (nejayote) y, por consiguiente, se reduce el oscurecimiento no enzimático en las rodajas de papa durante el freído. Adicionalmente se incrementa el contenido de calcio en las papas después de este proceso, aumentando así su valor nutricional; de esta manera, los tubérculos que carecen de calidad para la industria de papas fritas común, tienen una alternativa de industrialización, paralelamente en cualquier hogar se pueden producir este tipo de botanas.

34

8.1 Calidad de las papas fritas. Las pruebas realizadas en el Laboratorio de Calidad de MaízINIFAP demostraron que los rendimientos más altos en papas fritas se obtuvieron de los tubérculos de la variedad Fianna que se nixtamalizaron con piel, con valores de 31.1-33.6 % (Figura 5).

Figura 5. Efecto de la concentración del hidróxido de calcio sobre el rendimiento de papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados de la variedad Fianna.

Esto se debe a la inexistencia del proceso de mondado, el cual genera mermas. Los rendimientos fueron semejantes al utilizar diferentes concentraciones de cal en la nixtamalización (Figura 5). Talburt y Smith (1987) informaron que el rendimiento en papas fritas oscila en un rango del 30-35 % y Gravoueille (1999) reportó que un rendimiento del 25 % es aceptable en la industria, por lo que los resultados obtenidos se encuentran dentro del rango promedio informado. La textura es uno de los atributos sensoriales de mayor importancia para la aceptación de las papas fritas (Haverkort et al., 2002), en este caso se evaluó instrumentalmente, como 35

fracturabilidad, que es la fuerza necesaria para romper una hojuela. Las papas fritas de los tubérculos nixtamalizados sin piel presentaron los valores más altos (417.08 y 445.75 gf) (Figura 6).

Figura 6. Efecto de la concentración de hidróxido de calcio sobre la fracturabilidad de las papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados de la variedad Fianna.

En la figura 6 se puede observar que la concentración de calcio tuvo una relación directamente proporcional con la fracturabilidad de las frituras. Anderson et al. (1994) mencionan que el precalentamiento o escaldado en papas tienen un efecto en la textura final del tejido del tubérculo, volviéndola más firme que sin estos tratamientos. También mencionan que sí el agua de cocimiento contiene calcio o que si el tubérculo es remojado con calcio, su tejido será más firme y se reducirá la caída de la piel del tubérculo. Esto se debe a la formación de puentes de calcio entre grupos carboxilo de las moléculas de pectina del tubérculo. Con esto se entiende que la nixtamalización tuvo un efecto en el tejido del tubérculo, volviéndolo más firme, provocando también una modificación en la fracturabilidad de sus frituras.

36

Estos resultados coinciden con los valores declarados por otros autores como Hasbún et al. (2009), quienes informaron valores de fracturabilidad de 268.6 gf a 364.0 gf, y Castro (2008) quien informó valores en un intervalo de 371.9 gf a 564.0 gf. El color final de las frituras es un criterio de calidad muy importante en la industria. El contenido de azúcares reductores determina en gran parte el color que se desarrolla en las papas fritas durante el proceso de freído (Moreira et al., 1999; Haverkort et al., 2002). Los parámetros de color (L*, hue y croma) para las papas fritas elaboradas se presentan en el cuadro 5; el valor de L* indica el grado de luminosidad, a medida que el valor aumenta se tiene un producto más claro; el valor de hue indica el tono del producto, un valor de 90 corresponde al color amarillo y finalmente el valor de croma indica la pureza o saturación del color (Papadakis et al., 2000). Cuadro 5. Efecto de la concentración de hidróxido de calcio sobre el color de papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados de la variedad Fianna. Concentración de Ca(OH) 0% 2

0.5 % 1%

L* Con Piel 48.20 ± 4.12 52.05 ± 0.79 62.42 ± 0.65

Sin Piel 55.06 ± 1.07 58.98 ± 0.60 65.05 ± 2.04

Con Piel 63.79 ± 0.58 69.12 ± 0.54 75.13 ± 1.13

hue Sin Piel 65.02 ± 0.65 74.84 ± 0.99 79.56 ± 0.61

croma Con Piel Sin Piel 38.78 ± 2.60 38.61 ± 1.34 37.28 ± 0.76

37.47 ± 1.21 38.45 ± 1.74 41.88 ± 2.59

L*: luminosidad (0 = negro y 100 = blanco); hue: tono = arctan b/a, donde 0-90 = amarillo, 90-80 = verde, 180-270 = azul, 270-360 = rojo; croma = (a2 + b2)1/2

Se observa que los mejores resultados de color en las papas fritas (valores más altos de L*, hue y croma) se obtuvieron a partir de los tubérculos nixtamalizados con mayor concentración 37

de hidróxido de calcio y sin piel. La nixtamalización tuvo un efecto positivo en el color de las frituras ya que a medida que se aumentó la concentración de hidróxido de calcio y el tiempo de nixtamalización, la luminosidad mostró valores más altos y el ángulo de tono (hue) se acercó más a 90 (lo que indica que se acerca más al color amarillo) (Figura 7). Condición del tubérculo

Concentración de hidróxido de calcio 0.5 % 1.0 %

Testigo comercial

Con piel

Sin piel

Figura 7. Apariencia de las papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados con piel y sin piel y con diferentes concentraciones de hidróxido de calcio.

8.2 Contenido de calcio, sodio y potasio. El proceso de nixtamalización además de tener un efecto sobre el color y la textura de las papas fritas tiene un efecto sobre el contenido de calcio, sodio, potasio y aceite (Figura 8).

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Figura 8. Efecto de la concentración de hidróxido de calcio sobre el contenido de calcio en papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados de la variedad Fianna.

Se observó que la concentración de hidróxido de calcio tiene un efecto directamente proporcional sobre el contenido de calcio de las frituras. Hay una diferencia evidente en el contenido de calcio de las papas fritas elaboradas con tubérculos nixtamalizados con piel contra las papas fritas elaboradas con tubérculos nixtamalizados sin piel, en éstas últimas fue mayor. Esto puede deberse a que, en el caso de los tubérculos nixtamalizados sin piel, el contacto directo con la solución alcalina facilitó la entrada y fijación de calcio, con la formación de puentes entre éste y los grupos carboxilo de las moléculas de pectina del tubérculo (Anderson et al. 1994). Matz (1997) informó que el contenido de calcio en papas fritas es de 0.024-0.04 %, este porcentaje es superado por el de las papas fritas nixtamalizadas, lo que demuestra que estas frituras tienen un contenido de calcio mayor a las comerciales. Las papas fritas de los tubérculos nixtamalizados sin piel y con 1 % de Ca(OH)2, presentaron el contenido más alto de calcio, con un valor de 0.0688 % ó 68.8 mg de calcio por cada 100 g de producto; de acuerdo con el Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición “Salvador 39

Zubirán” (INCMNSZ, 2000) la ingesta diaria de calcio recomendada para adultos de la población mexicana es en promedio de 800 mg, por lo que una bolsa de 40 g papas fritas nixtamalizadas elaboradas con estas condiciones, aportarían un 3.44 % de la cantidad recomendada. El contenido de sodio en las papas fritas se ve mínimamente afectado por la nixtamalización de los tubérculos, mostrando un ligero aumento a medida que se incrementa la concentración de hidróxido de calcio (Figura 9), comportamiento que se atribuye a la concentración de compuestos debido a la lixiviación de algo de almidón y otros compuestos de la papa.

Figura 9. Efecto de la concentración de hidróxido de calcio sobre el contenido de sodio en papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados de la variedad Fianna.

El contenido de sodio en papas fritas informado por Matz (1997) y Talburt y Smith (1987) es de 0.5-1 %, las papas fritas nixtamalizadas se encuentran muy por debajo de este valor, esta diferencia se debe a que a estas últimas no se les adicionó sal, ingrediente que aumenta considerablemente el contenido de sodio en las papas fritas. 40

Por su parte, el contenido de potasio fue mayor en las papas fritas de tubérculos nixtamalizados con piel que sin piel (Figura 10).

Figura 10. Efecto de la concentración de hidróxido de calcio sobre el contenido de potasio en papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados de la variedad Fianna.

Este mayor contenido de potasio en papas fritas de tubérculos nixtamalizados con piel se debe a que el potasio se encuentra en altas concentraciones en la piel de papa y debajo de ésta (Lister y Munro, 2000), por lo que al eliminar la piel se pierde gran parte de este mineral, por otro lado, Navarre et al. (2009) mencionan que la retención de los minerales es alta en tubérculos hervidos con piel, mientras que en tubérculos sin piel hay pérdidas considerables de minerales por lixiviación. El contenido más alto de potasio fue para las papas fritas nixtamalizadas con 1 % de hidróxido de calcio, con un porcentaje de 0.99 %.

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8.3 Contenido de aceite y azúcares reductores en las papas fritas. Las frituras del tratamiento industrial o comercial muestran un mayor contenido de aceite (42.5 %), mientras que las que se elaboraron con los tubérculos nixtamalizados, conforme se incrementa la concentración de calcio, se observa una tendencia descendiente en el contenido de aceite (Figura 11).

Figura 11. Efecto de la concentración de hidróxido de calcio en el contenido de aceite de papas fritas elaboradas a partir de tubérculos nixtamalizados de la variedad Fianna.

El contenido más bajo fue para los tratamientos (con piel y sin piel) nixtamalizados con 1 % de cal (34.6 % y 33.4 % respectivamente), este contenido es incluso menor al de las frituras de la marca comercial Chip’s (35.0 %). Matz (1997) y Talburt y Smith (1987) informaron un contenido de aceite de 3440 % en papas fritas, por lo que los resultados encontrados en los materiales evaluados se encuentran dentro de este rango. Con esto se puede afirmar que la nixtamalización de los tubérculos causa un efecto positivo sobre las frituras pues hay

42

una disminución significativa del contenido aceite con respecto al testigo comercial (Figura 11). Blumenthal y Stier (1991), mencionan que en los procesos de fritura el aceite se aloja en los espacios que previamente contenían el agua, por lo que se espera que a mayor cantidad de agua en el tubérculo, mayor sea el contenido de aceite que absorban las papas fritas. De acuerdo con Anderson et al. (1994) es posible que la gelatinización del almidón, inducida por un escalde previo al freído, disminuya la absorción de aceite durante el freído. Con esta información se podría afirmar que el alto contenido de aceite en el testigo comercial se debe a que los tubérculos no tienen ningún tratamiento térmico antes del freído, en cambio al ser nixtamalizados se propicia la gelatinización del almidón disminuyendo de esta manera la absorción de aceite en el freído. El contenido de azúcares reductores está altamente correlacionado con la calidad de los productos procesados de papa, el contenido de estos azúcares en las papas es diferente en cada variedad, con valores que van de 0.040 a 1 % en peso fresco del tubérculo (Hasbún et al., 2009). En la figura 12 se muestra el contenido de azúcares solubles totales y reductores (glucosa y fructosa) para tubérculos frescos y nixtamalizados, con piel y sin piel, se observa que el contenido de ambos tipos de azúcares, fue menor después de la nixtamalización.

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Figura 12. Efecto de la nixtamalización sobre el contenido de azúcares solubles totales y reductores en tubérculos de papa con y sin piel.

Esto sugiere que uno de los efectos de la nixtamalización es que en el agua de cocimiento (nejayote) se pierden ciertos componentes del tubérculo, tales pérdidas se incrementan con el tiempo de cocción y las concentraciones de cal; los principales componentes que se pierden son fragmentos de almidón, proteína, y como se ve claramente en este caso, dentro de la composición del nejayote también se encuentra azúcares solubilizados que pueden ser reductores o no reductores. La disminución del contenido de azúcares reductores después de la nixtamalización fue más evidente en los tubérculos nixtamalizados sin piel (0.572 %), sin embargo, este porcentaje aún se encuentra fuera del rango mencionado por varios autores como Haverkort et al. (2002) que establece que el contenido de azúcares reductores para la elaboración de frituras no debe exceder de 0.2-0.3 % del peso fresco. 44

8.4 Aceptación sensorial de las frituras. Para dar respuesta a una de las principales inquietudes que se tenían al elaborar las papas fritas nixtamalizadas, que es saber si el tratamiento de la nixtamalización modificó significativamente sus atributos sensoriales, principalmente el sabor, se realizó una evaluación sensorial. La prueba determina si los consumidores (panelistas no entrenados) detectan o no diferencias significativas entre el sabor de papas fritas nixtamalizadas y sin nixtamalizar (comerciales). Los resultados permitieron saber que el proceso de nixtamalización, ya sea de tubérculos con piel o sin piel, no causa un cambio significativo en el sabor de las papas fritas pues a pesar del aumento en el contenido de calcio al elaborarlas por este método, su sabor es el mismo que cuando se elaboran por el método convencional. IX.- OBTENCIÓN DE HARINA Otro producto que se puede obtener a partir de la papa, en este caso deshidratada, es la harina de papa, la cual se obtiene a nivel industrial de varias formas, la más común es a partir de la papa cocida entera. La industria alimentaria utiliza la harina de papa, que no contiene gluten pero sí abundante almidón, para aglutinar productos compuestos de diversos tipos de carnes e impartir espesor a salsas y sopas (FAO, 2008).

45

9.1 Harina de papa sin pre tratamiento. Para la obtención de harina a partir de papa generalmente se sigue el proceso que se muestra en la figura 13.

PAPA

LAVADO

MONDADO

REBANADO

BLANQUEADO

SECADO

MOLIDO

TAMIZADO

HARINA DE PAPA Figura 13. Diagrama general del proceso de obtención de harina de papa.

46

El primer paso en la elaboración de harina es el lavado, operación en la cual se elimina la tierra que cubre al tubérculo y la que eventualmente se introduce en los “ojos” cuando estos son muy profundos. De manera industrial el mondado se realiza en muchos casos en el mismo equipo, consiste en la eliminación de la piel del tubérculo, sin embargo, esta operación se puede omitir y obtener una harina con piel o “integral”. Posteriormente se da un rebanado o troceado de los tubérculos que consiste en cortarlos en rebanadas de aproximadamente 2 a 3 mm de espesor, con esto se favorece ampliamente la eliminación del agua durante la deshidratación. El blanqueado o sulfitado consiste en sumergir las rodajas en una solución de metabisulfito de sodio, el cual cumple tres funciones: como desinfectante, blanqueador y conservante, durante un periodo de 2-5 minutos, en una dosis de 20 mg/ kg de tubérculo. Una vez realizado el blanqueado, las rodajas pueden sumergirse en agua fría, para evitar que se adhieran entre sí. Finalmente la operación de secado tiene la finalidad de deshidratar las fracciones de papa para disminuir el contenido de humedad de 80 % a 7-8 %, humedad óptima para la conservación de las harinas. A continuación se presentan algunos resultados obtenidos en la elaboración de harinas con variedades de papa del Estado de México, utilizando este proceso. 9.1.1 Rendimiento. Como se mencionó anteriormente, se pueden obtener dos tipos de harinas: integral o con piel y refinada o sin piel. El rendimiento de la harina integral siempre es mayor al de la harina refinada (Cuadro 6).

47

Cuadro 6. Rendimiento de harina de tres variedades de papa del Estado de México.

Variedad

Tipo de harina Rendimiento % Refinada

15.71

Integral

19.02

Refinada

14.07

Integral

16.05

Refinada

16.02

Integral

18.21

Refinada

15.32

Integral

17.65

Alpha

Tollocan

Malinche sana

Malinche enferma por punta morada

De acuerdo con Talburt y Smith (1987), en papa la fibra cruda se encuentra en un rango de 0.17-3.43 %, en la variedad Alpha el 3.31 % de materia seca es piel, por lo que al eliminarse esta parte se ven afectados los rendimientos. Los rendimientos obtenidos para estas variedades son aceptables, ya que según un estudio realizado por Sandoval (2007), en otras variedades de papa como Gabriela, el rendimiento de harina no rebasa el 11 %. 9.1.2 Parámetros físico-químicos en harinas. El contenido de humedad y grasa de diferentes harinas de papa se muestra en el cuadro 7.

48

Cuadro 7. Contenido de humedad y grasa de diferentes harinas de papa comparadas con la de trigo.

Harina Humedad (%) Grasa (%) Harina de trigo 11.00 0.92 Alpha refinada 9.75 0.60 Alpha integral 9.75 0.40 Malinche refinada 10.25 0.50 Malinche integral 9.75 0.60 Generalmente se considera que para que una harina se conserve en buenas condiciones no debe rebasar el 15 % de humedad (NOM-147, 1996), por lo que se discurre que la humedad de las harinas de papa obtenidas mediante el método descrito es adecuada para su conservación. La harina de trigo presenta un contenido de humedad mayor que las harinas de papa, resultados similares fueron obtenidos por Pineda y Vázquez (2010). Por su parte el contenido de grasa en harinas de papa es bajo, comparado con el contenido presente en una harina de trigo. Se ha reportado que el porcentaje de grasa en el tubérculo de papa es de 0.08 a 0.13 % del peso seco. Este rango es muy bajo para tener alguna significancia nutricional pero contribuye con la palatabilidad de la papa, incrementa la integridad celular del tubérculo, la resistencia a los daños y juega un papel importante en la reducción del oscurecimiento enzimático en la pulpa de los tubérculos (Woolfe, 1987). Pineda y Vázquez (2010) también reportan contenido de grasa en harina de papa de la variedad Alpha de 0.8 %.

49

9.1.3 Granulometría. La granulometría de las harinas determina el uso al cual se destina. En el caso de harinas de maíz destinadas para tortillas, la granulometría debe ser más fina (75 % en malla del # 60) que la destinada a tostadas y tamales (Flores et al., 2002), por lo que si se desea utilizar la harina de papa en mezclas con harina de maíz para la elaboración de tortillas, la granulometría de esta harina debe ser similar o más pequeña. En el caso de la harina de trigoalmidón de papa aplica el mismo objetivo, sin embargo mediante la medición de la granulometría de las harinas también se pueden detectar fallas en el sistema de molienda. En el caso de papa, dado que la comercialización de la harina de papa no es común, no se tienen aún valores definidos para éste parámetro. En la harina de trigo-almidón papa el tamaño predominante de partícula fue mayor a la malla 60, por lo que se realizó un ajuste para igualar la granulometría de las demás harinas. En el cuadro 8 se presentan los resultados encontrados en cada una de las mallas utilizadas. Cuadro 8. Granulometría en diferentes harinas de papa.

Malla Harina Alpha (Hilos/pulgada2) de trigo refinada (%) (%) 40 1.2 4.8 60 77.7 32.7 100 6.6 19.9

Alpha integral (%) 1.3 28.1 30.7

Malinche refinada (%) 46.0 20.0 8.2

Malinche integral (%) 35.6 20.4 9.8

120

4.5

26.0

29.0

2.2

3.0

-120

9.3

16.6

10.9

23.6

31.1

50

9.1.4 Color. El color de harinas de papa presentado en función de los parámetros L*, a, b y hue se muestra en el cuadro 9. Cuadro 9. Color de harinas de papa.

Muestra Malinche sana integral Malinche sana refinada Malinche enferma integral** Malinche enferma refinada Tollocan integral Tollocan refinada

L* 87.04 91.58 85.06 89.35 86.91 93.18

A 0.60 -0.81 0.62 -0.07 0.12 -0.67

b 14.17 14.62 16.97 15.31 16.93 14.30

hue (°) 87.57 93.17 87.90 90.26 89.59 92.68

L*: luminosidad (0 = negro y 100 = blanco); hue: tono = arctan b/a, donde 0-90 = amarillo, 90-80 = verde, 180-270 = azul, 270-360 = rojo; croma = (a2 + b2)1/2. **Tubérculos enfermos por punta morada.

Se puede observar que los colores más claros se obtienen en harinas hechas a partir de papa sana sin piel, en este caso de ambas variedades, esto debido a que al retirar la piel, se retira también la mayor fuente de pigmentos, pero sobre todo de compuestos fenólicos, mientras que las harinas hechas a partir de papas con piel, presentaron un tono más oscuro. En el caso de las harinas hechas con papa enferma sin piel, éstas presentaron una coloración más oscura, lo cual indica que los compuestos fenólicos producidos por el tubérculo como defensa ante una serie de enfermedades que atacan a la planta, afectan directamente el color de la pulpa del tubérculo y por tanto el color de la harina producida.

51

9.3 Harina de papa nixtamalizada. Con maíz es posible obtener harina nixtamalizada, de hecho el mercado y consumo de este tipo de harinas está ampliamente difundido en México. De forma similar se puede obtener harina nixtamalizada a partir de papa si los tubérculos se someten al proceso de nixtamalización. El proceso general se muestra en la figura 14. PAPA

LAVADO

MONDADO

NIXTAMALIZACIÓN

ENFRIADO

REBANADO

SECADO

MOLIDO

TAMIZADO

HARINA NIXTAMALIZADA DE PAPA

Figura 14. Diagrama general de producción de harina nixtamalizada de papa.

52

Este proceso desarrollado por el Laboratorio de Calidad de Maíz del INIFAP, consiste básicamente en lo siguiente: primero lavar bien las papas, el lavado puede realizarse paralelamente al mondado como el proceso normal o puede no retirarse la piel del tubérculo. Los tubérculos, pelados o no, se sumergen en una solución de hidróxido de calcio en ebullición, es importante mencionar que los tubérculos se deben agregar solo una vez que la solución esté hirviendo, y éstos permanecerán durante 10 minutos. Un mayor tiempo de nixtamalización provocará una sobre gelatinización de los almidones que no permite un buen manejo durante el rebanado. Una vez terminado el proceso de nixtamalización, los tubérculos deben retirarse inmediatamente de la solución y sumergirse en agua fría durante cinco minutos, posteriormente se dejan enfriar entre 30 minutos y una hora, preferentemente con corriente de aire. Una vez fríos los tubérculos se rebanan o cortan en rodajas de entre 3-5 mm de espesor y se someten a deshidratación hasta que el contenido de humedad sea menor del 15 %. Estas rodajas deshidratadas se muelen, proceso que puede realizarse en un molino eléctrico de discos o bien de piedras, en ambos es posible obtener la harina. Con esta harina se pueden elaborar tortillas de muy buena calidad al mezclarse con harina de maíz nixtamalizado, como se verá en la sección XV. X.- OBTENCIÓN DE ALMIDÓN. El almidón de papa presenta una gran diversidad de usos, principalmente en la industria alimentaria y farmacéutica, aunque también tiene usos en la industria textil, papelera, minera, petrolera y química (FAO, 2008).

53

El proceso de extracción del almidón a nivel industrial se muestra en la figura 15. PAPA

LAVADO

MONDADO

MOLIDO

EXTRACCIÓN

LAVADO

CONCENTRADO

DESAGUADO

SECADO

TAMIZADO

ALMIDÓN Figura 15. Diagrama general de obtención de almidón a nivel industrial.

54

En una lavadora-peladora, los tubérculos son perfectamente lavados y pelados con ayuda de agua, quitando la suciedad, mientras que la cáscara es removida por abrasión utilizando un sistema de raspado, la papa limpia y pelada se traslada luego hacia un molino, en el molino las papas son rayadas hasta convertirlas en una pasta fina, consistencia similar a una “crema”, posteriormente esa pasta se pasa a un proceso de extracción en donde se separa el almidón de la celulosa, para ello se utiliza un extractor múltiple, esta máquina utilizando la fuerza centrífuga, separa el almidón de la celulosa (fibra). La “lechada” que viene de los extractores contiene proteína, materia grasa, sustancias contaminantes, y sustancias insolubles como la celulosa y partículas del raspado. Esta lechada es recibida en un tanque del cual se trasvasa, mediante una bomba, hacia los hidrociclones para quitarle toda el agua, lavarla y concentrarla. Después el almidón es llevado a las centrífugas donde es desaguado hasta obtener una humedad del 38 %. En estas condiciones el almidón es transportado mediante un gusano al secador instantáneo Flash Dryer donde es secado, el almidón húmedo es tratado mediante una corriente de aire caliente el cual al chocar con el almidón hace que éste se disperse, simultáneamente, el aire se satura de la humedad del almidón. Finalmente el almidón se tamiza y puede ser envasado (Vásquez, 2012). Debido a que este proceso es costoso y requiere de la implementación de maquinaria especial se pueden modificar algunos pasos para hacerlo más accesible, no obstante, los rendimientos obtenidos serán menores a los obtenidos a nivel industrial y con mayor cantidad de impurezas. y el Instituto Tecnológico Superior de Perote y reportado por Pérez (2011) y Zamora (2011), consiste en las siguientes operaciones: 1) lavado de los tubérculos, 2) cortado, 3) molido, 4) reposo de la pasta en 55

una solución de ácido cítrico al 0.03 %, 5) filtrado, 6) sedimentado, 7) decantado y 8) secado. Utilizando este proceso se han obtenido resultados aceptables como los que se muestran a continuación. 10.1 Rendimiento de almidón. Los rendimientos de almidón obtenidos durante la extracción dependen en gran medida de la variedad (Cuadro 10), este comportamientos se atribuye principalmente al contenido de materia seca y específicamente de almidón de cada variedad. Cuadro 10. Rendimiento de almidón de cuatro variedades de papa.

Variedad

Rendimiento (%)

Alpha San José Malinche Tollocan

9.5 5.1 7.1 6.8

Los rendimientos obtenidos en estas variedades son inferiores a los reportados en la literatura sin embargo como se dijo anteriormente es necesario considerar que el proceso artesanal es mucho menos eficiente que el proceso industrial. Los porcentajes de recuperación a nivel industrial están entre 85-95 %, con este proceso el porcentaje de recuperación es menor al 50 %.

56

10.2 Parámetros físicos Al igual que en la obtención de harinas, el contenido de humedad y grasa en los almidones es bajo (Cuadro 11), por el proceso y las características de la materia prima. Cuadro 11. Contenido de humedad y aceite en almidón de papa de dos variedades.

Almidón Humedad (%) Aceite (%) Almidón Alpha 10.00 0.03 Almidón San José 9.00 0.02 XI.- ELABORACIÓN DE PAN La presente sección se enfoca en la utilización de harina y almidón de papa en la elaboración de productos de panificación. El pan es uno de los derivados más importantes del trigo y uno de los alimentos de mayor consumo en México, cubre alrededor del 40 % de las calorías consumidas y el 35 % de la ingesta diaria de proteínas (Pineda y Vázquez, 2010). Es por esta razón que desde hace varias décadas en Perú (Reynoso y Bacigalup, 1970) y posteriormente en México (Vázquez, 1981) se ha propuesto la inclusión de la papa en la elaboración del pan. En años recientes algunos autores han retomado esta idea realizando varias investigaciones en donde se incluye papa en diversas formas a los productos de panificación (Pineda y Vázquez, 2010; Felipe et al., 2011), además es importante mencionar que con la adición de harina y almidón de papa a este tipo de productos se busca conservar al máximo las características sensoriales, además de elevar su valor nutrimental y aumentar su capacidad antioxidante.

57

11.1 Calidad del pan. Reynoso y Bacigalup (1970), sugieren que es posible obtener un pan de calidad con un porcentaje de hasta un 30 % de papa, sin alterar sus características sensoriales. La mayoría de investigadores sitúan sus resultados en ese rango. Por lo anterior, es importante determinar las proporciones más apropiadas de harina para la elaboración de pan para cada variedad de papa. A continuación se presentan resultados obtenidos en la elaboración de pan con harina de las variedades Alpha y Malinche, ambas cultivadas en el Estado de México. 11.1.1 Rendimiento. Los rendimientos de pan, a partir de un kilogramo de masa, varían entre 89 y 94 %. Los mayores rendimientos se obtienen al utilizar 5 y 10 % de harina refinada (sin piel) de la variedad Malinche, y con 15 % de harina integral (con piel) de ambas variedades. Cuando se utiliza almidón de papa, se obtienen mejores rendimientos que cuando se utiliza harina integral, esto se debe a la excelente retención de agua de los almidones de papa (Fennema, 2000) (Figura 16).

100 % 15 %

5%

10 %

4% 6%

Figura 16. Rendimiento de pan elaborado con diferentes proporciones de harina y almidón de papa de tres variedades.

58

Es claro que los rendimientos de pan aumentan al aumentar la concentración de harina de papa utilizada, Pineda y Vázquez (2010) encontraron que al aumentar la concentración de harina de papa aumenta la absorción de agua, factor que impacta en el rendimiento. Sin embargo se modifican las características físicas de las masas y a altas concentraciones (> 20 %) las masas se vuelven más débiles y pegajosas, lo cual dificulta su manejo, se reduce su capacidad para retener el CO2 y por tanto su volumen es menor. 11.1.2 Color de miga. El color y particularmente la uniformidad del color, tiene un efecto importante en la aceptabilidad del consumidor. Vázquez (1982) encontró que la variedad Alpha induce un color más blanco en la miga del pan que la variedad San José y atribuye estas diferencias al color de la pulpa del tubérculo, ya que Alpha es más blanca que San José. Lo anterior permite afirmar que la variedad y el tipo de harina tienen un efecto importante en el color de la miga. Evidentemente el uso de harina integral (con piel) disminuye la blancura de la miga a medida que se aumenta la concentración de esta. Las harinas refinadas de la variedad Alpha dan un color de miga más oscuro que si el pan se elaborara solo con harina de trigo, en cambio cuando se elabora con harina refinada de la variedad Malinche el color es similar o más blanco que el testigo. Por su parte el color de la miga del pan elaborado con mezclas de harina de trigo-almidón resulta mucho más blanco que si se elabora con solo harina de trigo (Figura 17).

59

Figura 17. Color de miga de pan elaborado con diferentes proporciones de harina y almidón de papa de tres variedades.

11.1.3 Textura. Vázquez (1981), encontró que al adicionar puré de papa a una formulación de pan, la textura estaba en función de la concentración, esto se debe a que a mayores concentraciones de puré se incrementa la dureza al reducir el porcentaje de proteínas propias de la harina de trigo (gliadinas y gluteninas) que forman el gluten en el amasado, bajando su capacidad de elasticidad y retención de gas, por lo tanto se obtienen panes mas compactos. La textura del pan también se ve fuertemente afectada por el uso de harina de papa, evidentemente entre menor sea la cantidad utilizada el pan será más blando, ya que como lo muestra la figura 18, a mayor cantidad de harina de papa se requiere una mayor fuerza de compresión, es decir el pan es relativamente más duro. La mezcla de 95 % de harina de trigo con 5 % de harina refinada de papa de la variedad Alpha registró una textura similar a la encontrada en un pan elaborado con 100 % harina de trigo (Figura 18).

60

Figura 18. Textura de pan elaborado con diferentes proporciones de harina y almidón de papa de tres variedades.

Se observa que los tratamientos en donde se utilizó 10 y 15 % de harina refinada e integral de las variedades Alpha y Malinche dieron como resultado panes de textura más dura, ya que se requirió de una mayor fuerza para ser comprimidos. Esto se debe a que se redujo el contenido de proteínas de la harina de trigo las cuales son responsables de formar el alveolo que retiene el gas (CO2) durante la fermentación, lo que permite que el pan sea de mayor volumen y por tanto más suave (Nelson et al., 2006). Por otro lado se observa que la adición de almidón de papa puro a la harina de trigo en la elaboración de pan no tiene una gran influencia en la textura del mismo, de hecho en ambos casos al aumentar la concentración de almidón disminuye la dureza y se acerca prácticamente a la misma que se presenta en un pan elaborado con 100 % harina de trigo (Figura 18). Lorenz y Kulp (1981) al utilizar almidón natural y tratado de papa en la elaboración de base para pastel encontraron también que la dureza del pan elaborado con estos almidones era la misma que la de uno elaborado con harina de trigo, propiedad atribuida a los cambios fisicoquímicos que se presentan en el almidón durante la gelatinización y sobre todo a la proporción amilosa-amilopectina del almidón de papa. 61

11.1.4 Volumen. Contrario a lo que sucede con el rendimiento y la dureza, características que aumentan al aumentar la concentración de harina de papa, el volumen del pan disminuye (Figura 19).

Figura 19. Volumen de pan elaborado con diferentes proporciones de harina de papa.

La razón es la misma descrita en el caso de la dureza, al aumentar la concentración de harina de papa, disminuye la proporción de glutelinas de la harina de trigo que permiten elaborar un pan con mayor volumen y esponjosidad. No obstante, este comportamiento no se presenta cuando se utiliza almidón de papa, sino al contrario el uso de este polisacárido aumenta el volumen del pan (Figura 20).

62

Alpha

Harina de trigo

100 %

4%

San José

Volumen (cm3)

340 330 320

310 300 6%

Proporción de almidón de papa

Figura 20. Volumen de pan elaborado con mezclas de harina de trigo y almidón de papa.

Resultados similares fueron obtenidos por Sollars y Rubenthaler (1971), quienes encontraron que el uso de almidón de papa en la elaboración de pasteles daba un mayor volumen comparado con el testigo de harina y de almidón puro de trigo. 11.2 Contenido de fenoles y actividad antioxidante. Como se mencionó en la sección VII los compuestos fenólicos están presentes en la papa en altas concentraciones, más aún si estos tubérculos provienen de plantas enfermas o infectadas, con la enfermedad de la punta morada. Sus efectos pueden ser indeseables en algunos casos ya que brinda sabores amargos, sin embargo, en caso de la elaboración de pan estos sabores que pudieran presentarse, se enmascaran por la adición de otros ingredientes de la formulación. Paralelamente al adicionar, en este caso, harina de papa al pan se incrementa el valor nutracéutico del mismo debido al efecto antioxidante que estos

63

compuestos imparten. A continuación se presentan resultados al respecto (Figura 21).

Figura 21. Contenido de fenoles extractables solubles (FES) y actividad antioxidante (AA) en pan elaborado con diferentes proporciones de harina y almidón de papa.

La concentración de fenoles extractables solubles en el pan elaborado con harina de la variedad Alpha es más alta en los tratamientos donde se utilizó harina refinada que en los que se utiliza harina integral, mientras que en la variedad Malinche se observa el efecto contrario (Figura 21). La concentración de los fenoles en el caso de los productos de panificación elaborados con harina aumenta a medida que aumenta la proporción utilizada. Con el uso de almidón de papa de las variedades Alpha y Malinche la concentración de FES disminuye a medida que aumenta la concentración del almidón, 64

sin embargo es importante mencionar que los fenoles se presentan en cantidad semejantes a la de un pan elaborado solo con harina de trigo Por su parte la actividad antioxidante presenta la misma tendencia que los fenoles pero solo con el uso de harina refinada de la variedad Alpha y harina refinada e integral de la variedad Malinche. Los resultados muestran al pan elaborado con 6 % de almidón de la variedad Alpha y al testigo (elaborado con harina de trigo 100 %) con los valores más bajos de AA (35.0 y 39.0 %), mientras que los más altos fueron los panes elaborados con harina refinada e integral de la variedad Malinche. La concentración de harina de papa en la elaboración de pan aumenta con respecto al testigo, sin embargo la proporción de compuestos fenólicos no está relacionada a la actividad antioxidante de los panes obtenidos. El aspecto del pan es agradable a la vista del consumidor, algunos ejemplos se muestran en la figura 22.

65

Figura 22. Aspecto de piezas de pan elaboradas con mezclas de harina de trigo con harina o almidón de papa.

Respecto al sabor del pan, en degustaciones realizadas durante la realización de dos eventos en los que participaron alrededor de 90 personas, se concluyó que el sabor del pan no es desagradable al consumidor, no se detecta el sabor de la papa. Los consumidores reconocen un sabor agradable y característico. XII.- ELABORACIÓN DE GALLETAS. Otro producto de panificación que sin duda puede ser apto para el uso de harina de papa, son las galletas. A diferencia del pan, donde se busca un buen desarrollo de volumen en la elaboración de galletas se busca que las masas se dejen laminar y mantengan la forma del troquelado inicial, por lo que la concentración de harina de papa a utilizar en su elaboración puede ser hasta del 100 % (Cuadro 12).

66

Cuadro 12. Calidad de galletas elaboradas con harina refinada de papa de las variedades Malinche y Nau.

Tratamiento Harina de trigo 100 % Malinche 100 % Malinche 50 %

Tiempo de horneado (min)

L*(%)

a*

b*

h (°)

Fractura bilidad (N)

81.4

3.1

25.9

83.1

84.7

Color

Factor galletero

15 12

223.1

73.4

7.2

26.6

74.9

257.3

12

176.2

76.1

6.1

26.5

77.1

181.9

Nau 100 %

12

203.6

69.2

9.3

31.0

73.3

215.3

Nau 50 %

10

171.0

73.2

6.8

26.9

75.8

101.3

L*: luminosidad (0 = negro y 100 = blanco); h (°): tono = arctan b/a, donde 0-90 = amarillo, 90-80 = verde, 180-270 = azul, 270-360 = rojo. N: newton.

En trigos de gluten débil la calidad de las harinas se determina finalmente mediante la prueba de galletería, pues las galletas representan el producto final predominante que se obtiene a partir de trigos. En los productos finales (galletas), se realiza la evaluación del diámetro y altura promedio, para calcular el factor galletero, que representa la relación diámetro/altura (Solís et al., 2008). El factor galletero es sumamente importante debido a que al ser mas extensible la masa de papa, el espesor de las galletas se reduce y la temperatura de cocción también, ya que disminuye la temperatura necesaria para evaporar el agua al aumentar la superficie. Las galletas de papa, registraron una menor luminosidad (L*) que las de trigo pero su tono dorado fue aceptable (Figura 23).

67

Figura 23. Aspecto visual de galletas elaboradas con harina refinada de papa.

Puesto que la concentración de fenoles en harina de papa es mucho mayor que en la harina de trigo, las galletas elaboradas con harina de papa tienen una actividad antioxidante entre tres y siete veces superior a la que tiene una galleta elaborada con 100 % harina de trigo (Cuadro 13). Cuadro 13. Contenido de fenoles solubles y actividad antioxidante de galletas elaboradas con harina refinada de papa y harina de trigo. Fenoles solubles

Harina

%

µg ácido clorogénico/g muestra seca

Actividad antioxidante (%)

Harina de trigo

100

440.6

28.3

Malinche

100

1490.6

87.7

Malinche

50

1043.0

78.4

Nau

100

3013.3

93.2

Nau

50

1954.7

90.5

68

XIII.- PRODUCCIÓN DE ALCOHOL (ETANOL). El alcohol etílico o etanol, cuya fórmula química es CH 3-CH2OH, puede producirse por síntesis a partir de materiales petroquímicos o por fermentaciones biológicas con microorganismos específicos, en ambos casos las etapas de elaboración son principalmente tres: la hidrólisis, la fermentación y la destilación. La vía microbiana es un proceso mediante el cual un microorganismo produce etanol como producto de la fermentación, ya sea de azúcar crudo o almidón previamente hidrolizado (esto es, fraccionado hasta azúcares simples). Este proceso involucra la selección de un sustrato y la mezcla de la levadura o levaduras empleadas y un proceso de fermentación en el que se toman en cuenta temperatura, pH, velocidad de agitación y la composición del medio entre otros factores (Aguilar, 1998). En el proceso de producción de etanol, se pueden emplear gran diversidad de sustratos orgánicos como la caña, almidón de papa, maíz, yuca (O’Brien y Wang, 2008), bagazo de sorgo, arroz, mijo, trigo y chayote (Jiménez et al., 2007). Una de las materias primas más estudiadas es la papa y sus subproductos debido a su contenido de carbohidratos fermentables (11.5-28.1 %). En la figura 24 se observa el diagrama de bloques de la obtención de alcohol a partir de almidón de papa.

69

Tubérculos enteros EXTRACCIÓN

ALMIDÓN DE PAPA

HIDRÓLISIS

FERMENTACIÓN

DESTILACIÓN

Alcohol de papa

Figura 24. Diagrama general de producción de alcohol a partir de papa.

Para que el almidón de papa (Sección 10, Figura 15) pueda ser utilizado en la producción de etanol requiere de un pretratamiento de sacarificación (desdoblamiento del almidón) de tal manera que se liberen moléculas más sencillas y asimilables, como dextrinas y glucosa (Germek, 1989). Este proceso de sacarificación se puede realizar por dos métodos:  Método enzimático  Método químico

70

13.1 Producción de alcohol por hidrólisis química. El proceso de hidrólisis química, aplicado ampliamente en la producción de alcohol a partir de materiales celulósicos, consiste en la adición de un ácido fuerte, generalmente ácido sulfúrico (H2SO4) o ácido clorhídrico (HCl), y calor para romper el gránulo de almidón y obtener azúcares fermentables. El contacto del ácido con el agua provoca una reacción exotérmica muy agresiva, que provoca un calentamiento, y como consecuencia la hidrólisis de las partículas de sustrato, en este caso papa, que se encuentra en solución en el agua, hidrolizando el almidón y liberando compuestos más simples. El primer paso para la hidrólisis química es la selección del ácido; en pruebas de hidrólisis realizadas con 1 kg de papa de las variedades Alpha y Zafiro se encontró que el ácido más apropiado para la hidrólisis del almidón es el ácido sulfúrico, ya que produce una mayor cantidad de azúcares reductores (Cuadro 14). Cuadro 14. Contenido de azúcares reductores en el mosto después de la hidrólisis con dos ácidos.

Ácido Ácido sulfúrico (H2SO4)

Azúcares reductores después de la hidrólisis (%) 20.1

Ácido clorhídrico (HCl)

16.3

71

También se evaluaron diferentes concentraciones de ácido y presiones (en olla de presión); finalmente se encontró que las condiciones óptimas para realizar la hidrólisis de la papa son:  

Ácido sulfúrico en dilución al 2 % (v/v), Tratamiento térmico a 121 °C, con una presión de 1.05 g/cm2 por 30 minutos.

Condiciones diferentes a las descritas, producen una concentración de azúcares reductores, hasta dos veces menor a la que se obtiene bajo estas condiciones. Algunos resultados obtenidos con dos variedades de papa sana (sin la enfermedad de la punta morada) y enferma (con la punta morada) se muestran en el cuadro 15. Cuadro 15. Contenido de azúcares reductores en el mosto después de la hidrólisis.

Variedad Condición Azúcares reductores (%) Sana 19.72 Alpha Enferma 21.99 Sana 19.03 Zafiro Enferma 20.51 Una vez realizada la hidrólisis, el mosto (caldo de azúcares) se somete a un proceso de fermentación en el cual se utiliza la levadura Saccharomyces cerevisiae, que se puede obtener de forma comercial o bien puede ser aislada de otras fuentes como la uva. Esta levadura debe mantenerse en refrigeración (4 °C) para mantenerla pura e inactiva hasta el momento de su uso. Realizando un monitoreo de la producción de alcohol y el consumo de los azúcares reductores a través del tiempo se logró determinar que la fermentación requiere alrededor de 48 horas, 72

tiempo en el cual se produce la mayor parte del proceso de fermentación. Al finalizar la fermentación el contenido de azúcares reductores es prácticamente nulo, cuantificándose valores como los mostrados en el cuadro 16. Cuadro 16. Contenido de azúcares reductores en el mosto al finalizar la fermentación.

Variedad Condición Azúcares reductores (g/mL de mosto) Sana 0.000127 Alpha Enferma 0.000183 Sana 0.000129 Zafiro Enferma 0.000108

Estos resultados indican que la levadura prácticamente transforma en su totalidad los azúcares disponibles en etanol, con la consecuente producción de biomasa. Finalmente evaluando la eficiencia de este proceso de producción de etanol a partir de las variedades de papa antes mencionadas, se observó la mayor producción de alcohol se produjo con tubérculos de la variedad Alpha enfermos con la punta morada (Cuadro 17). Cuadro 17. Producción de etanol a partir de dos variedades de papa cultivadas en el Estado de México.

Variedad Condición Etanol (L/ton papa) Alpha Enferma 95.2 Sana 84.9 Zafiro Enferma 68.4 El empleo de tubérculos enfermos de la variedad Alpha produce 95.2 L de etanol por tonelada de papa, valor que de acuerdo con Contreras (2012), se encuentra dentro del potencial de producción promedio. De acuerdo a datos presentados por este mismo autor la producción de etanol obtenida por varios autores 73

se encuentra en el rango de 11 a 130 L/ ton, siendo este valor superior el máximo obtenido hasta ahora. Cabe mencionar que actualmente en algunos países se están desarrollando variedades de papa exclusivas para este uso, cuyo principal objetivo es la producción de la mayor cantidad de almidón posible, que finalmente lleve a una mayor producción de alcohol. Como se puede apreciar la producción de etanol a partir de papa puede ser una alternativa para el uso de tubérculos que no son aceptados en el mercado de consumo en fresco o por la industria, de esta manera se evita que este producto sea desechado. Por otra parte, los residuos derivados de todo el proceso, previamente composteados se pueden incorporar efectivamente a los campos de cultivo, ya que son una excelente fuente de materia orgánica y minerales, tal y como lo menciona Nguyen (2003). La hidrólisis ácida es hasta ahora el procedimiento más utilizado a nivel industrial para la obtención de alcohol debido a que la hidrólisis enzimática no ha tenido el éxito necesario como para ser desarrollada a nivel industrial, puesto que todos los intentos hechos hasta el momento requieren de una gran inversión económica y son poco rentables, sin embargo, se ha estudiado la posibilidad y los resultados se muestran a continuación. 13.2 Producción de alcohol por hidrólisis enzimática. El proceso general de producción de alcohol comprende las etapas que se muestran en la figura 25.

74

MATERIA PRIMA MOLIENDA TAMIZADO DEXTRINIZACIÓN

SACARIFICACIÓN INOCULACIÓN FERMENTACIÓN

DESTILACIÓN Figura 25. Esquema general del proceso de producción de alcohol por vía enzimática

En el caso de producción de alcohol a partir de papa, la materia prima pueden ser tubérculos de papas enteros y frescos, harina deshidratada de papa o almidón extraído de papa, como se verá más adelante. Solo en el caso de que se parta de tubérculos enteros procede la molienda y el tamizado. El proceso de dextrinización consiste en la hidrólisis del almidón a compuestos más pequeños llamados dextrinas. En este proceso se utiliza la enzima α-amilasa. El proceso de sacarificación se puede realizar directamente con alguna enzima (por ejemplo la amiloglucosidasa) o con bacterias, 75

comúnmente del género Bacillus como: B. licheniformes, B. amyloliqueniformis, B. megaterium, B. polymixa y B. subtillis, entre otros. La mayoría de estas bacterias producen una o varias de las glucosil hidrolasas implicadas en el proceso de hidrólisis hasta obtener gran cantidad de azúcares fermentables como la glucosa y la maltosa. Actualmente se conoce que ciertos tipos de levaduras silvestres como Arxula adeninivorans, Lipomyces, Saccharomycopsis, Schwanniomyces, Candida japonica y Filobasidium capsuligenum son las únicas que pueden producir amilasas extracelulares; sin embargo, su empleo para la producción de etanol es muy limitado (García et al., 1993). El proceso de sacarificación permite liberar los azúcares presentes en los oligosacáridos (dextrinas) provenientes de la etapa de dextrinización del almidón. Las condiciones de hidrólisis (dextrinización + sacarificación) empleadas para obtener los jarabes que posteriormente se llevarán al proceso de fermentación se presentan en el cuadro 18.

76

Cuadro 18. Condiciones de hidrólisis (dextrinización y sacarificación) de papa con dos enzimas. Dextrinización α-amilasa

Materia prima

Papa fresca (1 kg) Harina de papa (150 g) Almidón (100 g)

Sacarificación Glucoamilasa

Tiempo

[enzima]

T°

Tiempo

[enzima]

T°

1 h 30 min

1 mL

80°

12 h

2 mL

60°

2h

0.3 mL

80°

12 h

0.3 mL

60°

1 h 30 min

0.3 mL

80°

12 h

0.3 mL

60°

Una vez realizado el proceso de dextrinización y sacarificación el mosto resultante se inocula con la levadura Saccharomyces cerevisiae y se somete a un proceso de fermentación, que para todos los casos, dura 32 horas. El proceso final es la destilación. Los procesos dependen del tipo de materia prima que se utilice y se describen con mayor detalle en las siguientes secciones 13.2.1 Obtención de etanol a partir de almidón. El tipo de materia prima de la que se parte para la obtención de etanol, afecta el proceso de hidrólisis, para el caso de obtención de etanol a partir de almidón, la hidrólisis de almidón se realiza bajo las condiciones descritas por Machuca (2010) en las que se establece que se requiere una hora y treinta minutos a 80 ºC para completar la etapa de dextrinización y 12 h a 60 °C para la sacarificación (Cuadro 18). Una vez realizado el proceso de dextrinización y sacarificación el mosto resultante se inocula con 0.5 g de levadura y se somete a un proceso de fermentación durante 32 horas.

77

13.2.2 Obtención de etanol a partir de tubérculos frescos. Cuando se parte de papa fresca como materia prima, el proceso a seguir es el que se muestra en la figura 26. 1 kg papa (Alpha, Gigant, Malinche)

MOLIEND A TAMIZADO

t=1 min 0.15- 0.7 L fibra

3.3 L de extracto de Alpha y Gigant y 3.85 L de extracto de Malinche

1 ml α-amilasa 2 mL de glucoamilasa 1 g S. cerevisiae (0.44 g P.S.)

DEXTRINIZACIÓN

SACARIFICACIÓN

pH = 6 Tº = 90 ºC pH = 4 Tº = 60ºC

INOCULACIÓN FERMENTACIÓ N Mosto fermentado 3.20 L Alpha y Gigant 3.60 L Malinche

DESTILACIÓN

Figura 26. Proceso de obtención de etanol a partir de tubérculos frescos de tres variedades de papa.

La hidrolisis enzimática de tubérculos frescos de tres variedades de papa indica que la cantidad de azúcares reductores obtenidos 78

al final de la hidrólisis depende de la concentración inicial de almidón más que de la presencia de los azúcares reductores contenido en el tubérculo. Los resultados muestran que hay diferencia entre variedades, siendo mayor el rendimiento de azúcares fermentables en la variedad Alpha (Cuadro 19). Cuadro 19. Contenido inicial de azúcares, rendimiento en dextrinización y sacarificación en la hidrólisis de tubérculos de tres variedades de papa.

Variedad

Azúcares reductores iniciales

Alpha Gigant Malinche

3.19 4.58 4.07

Rendimiento en dextrinización (g azúcares /g almidón) 0.368 0.342 0.305

Rendimiento en sacarificación (g azúcares /g almidón) 0.593 0.530 0.525

En la figura 27 se muestra el comportamiento de la producción de etanol y el consumo de azúcar.

79

10 8 6 4 2

Etanol (g/L)

Azúcares (g/L)

40 35 30 25 20 15 10 5 0

0 -2 0

10

Gigant

20Tiempo (h) 30 Malinche

40

Alpha

50

Figura 27. Cinética de la producción de etanol con diferentes variedades de papa fresca provenientes del Estado de México.

La producción de etanol comienza desde que se agrega la cepa de Saccharomyces cerevisiae CDBB-L-534 mostrando un rendimiento máximo en las tres variedades a las 37 horas con una producción de 8.7 g/L de extracto. De esta manera, por cada tonelada de papa que se someta a este proceso se obtienen 20 L de etanol. 13.2.3 Obtención de etanol a partir de harina de papa. En la obtención de etanol a partir de harina de papa se siguió el proceso mostrado en la figura 28.

80

150 g harina de papa con cáscara (Tollocan, Malinche sana, Malinche enferma) 200 mL H20 25 ml de CaCl2

MEZCLAD O

0.3 mL de αamilasa

DEXTRINIZACIÓ N

pH = 6 Tº = 90ºC

0.3 mL de glucoamilasa, HCl 10%

SACARIFICACIÓ N

pH = 4 Tº = 60 ºC

INOCULACIÓN 1.2 g de fosfato de amonio 3.8 g S. cerevisiae

FERMENTACIÓN

DESTILACIÓN

Figura 28. Proceso de obtención de etanol a partir de harina de papa.

Es posible diferenciar el comportamiento de las harinas, en los procesos de dextrinización y sacarificación, la harina de la variedad Tollocan comienza con una concentración de 162.46 g de azúcares por litro de mosto y finaliza el proceso con 5.91 g de azúcares /L de mosto, mientras que la variedad Malinche inicia con 169.80 g/L y finaliza con 5.23 g/L, ambas variedades muestran similitud en su cinética de fermentación. La producción de etanol se presenta lentamente al inicio de la fermentación alcanzando un incremento a partir de las 15 horas, el máximo 81

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

10

20

Tiempo (h)

30

Etanol (g/L)

Azucares (g/L)

rendimiento se obtuvo a las 8 horas para la variedad Tollocan con una concentración de 18.57 g /L (Figura 29).

40 Malinche

Tollocan

Figura 29. Cinética de la producción de etanol a partir de harina de dos variedades de papa.

En otras palabras, por cada 100 kg de harina de la variedad Malinche, se obtienen 11.7 L de etanol, mientras que a partir de la variedad Tollocan se obtienen 15.5 L. La figura 30 muestra el comportamiento de la producción de etanol y el consumo de azúcares al emplear como sustrato harina integral de papas provenientes de plantas sanas y enfermas (presencia de punta morada).

82

160

16

140

14

120

12

100

10

80

8

60

6

40

4

20

2

0

0 0

10 Malinche sana

20

Tiempo (h)

30

Etanol (g/L)

18

Azúcares (g/L)

180

40

Malinche enferma

Figura 30. Efecto de la sanidad de los tubérculos en la cinética de producción de etanol a partir de harina.

Los dos tipos de harina muestran un comportamiento en su cinética semejante. En la primera fase (0-10 h) la producción de etanol es mínima, la segunda fase, que ocurre entre las 14-30 h, concluye con rendimientos de 16 g/L para la harina integral de tubérculos sanos y 17 g/L para plantas enfermas. Esto se traduce a que por cada 100 kg de harina de papa de la variedad Malinche enferma se obtienen 13.3 litros de etanol, mientras que si la harina proviene de tubérculos sanos se obtienen 14.2 litros de etanol por cada 100 kg que se sometan a proceso. XIV.- PRODUCCIÓN DE CERVEZA En la producción de cerveza la hidrólisis del almidón se puede realizar de distintas formas: 1) hidrólisis enzimática, mediante el uso de enzimas α y β-amilasas; 2) hidrólisis enzimática con reforzamiento del sustrato, con adición de cebada maltera; 3) hidrólisis química, ya sea con ácido fosfórico o sulfúrico 83

concentrado. Los primeros dos métodos son prácticamente inviables debido al uso de las enzimas y a la necesidad de mantener un estricto control sobre las condiciones en las que se lleva a cabo el proceso. El proceso para la producción de cerveza a partir de papa, mediante una hidrólisis química, se presenta en el diagrama general de la figura 31. Acondicionamiento

Envasado y carbonatado

Molienda

Hidrolisis Reposo o maduración

Enfriamiento Fermentación Filtrado Inoculación Neutralización Enfriamiento Acondicionamient o del mosto

Cocción del mosto

Figura 31. Diagrama general de la elaboración de cerveza a partir de papa.

Para realizar la hidrólisis se probaron el ácido fosfórico y el ácido sulfúrico, encontrándose que la relación papa-agua (1:1.6) y 7 % de ácido fosfórico produjo el mayor porcentaje de sólidos (14.8 84

°Bx), este valor es semejante al mencionado en el proceso MelleBoinot (15 °Bx) (Germek, 1989). Para la producción de una cantidad de alcohol aceptable y un buen desarrollo de la fermentación, el pH que se obtiene con esta hidrólisis es de 1.01.4. Con la hidrólisis química, adicionando ácido sulfúrico concentrado, el mejor resultado se encontró con la relación 1:1.25, esto es, por cada kg de papa, se agregaron 1.25 litros de agua y 4 % de ácido sulfúrico, realizando este proceso a 121 °C, con una presión de 1.02 g/cm2 durante 60 min se logra un contenido de sólidos de 15 °Bx. El factor molienda se torna importante, por ejemplo Tsukamoto et al. (2009), reportan que en el uso de almidón de camote como adjunto a la producción de cerveza con baja cantidad de malta, el empleo de almidón extremadamente fino (13.6µm) produce buenos resultados, debido a que al disminuir el tamaño de partícula, la hidrólisis es más efectiva y se obtienen porcentajes de azúcares considerables. Después de la hidrolisis la mezcla se mantiene en reposo durante 30 min, tiempo suficiente para reducir la temperatura y retirar los sólidos sedimentados. Los desechos obtenidos como bagazo, principalmente son los tejidos de la epidermis del tubérculo, representan un 10 % en peso húmedo de la cantidad de materia prima utilizada, conteniendo también una cantidad considerable de azúcares fermentables. Estos desechos pueden ser usados para la obtención de abonos orgánicos, o bien para la elaboración de algún alimento balanceado para consumo animal, o aplicarse a alimentos enriquecidos, ya que aportaría una cantidad considerable de fibra y proteína.

85

Después de retirar el bagazo del mosto, se procede a subir el pH, según las condiciones de la levadura a un valor de 4.0-4.5, utilizando como base hidróxido de amonio para neutralizar el ácido fosfórico. Posteriormente se pasa a una primera filtración, para dejar el mosto libre de sólidos que están en suspensión, y en el caso del tratamiento con ácido sulfúrico se separa el sobrenadante (mosto), dejando la mayor cantidad posible de material precipitado en el fondo del recipiente. En el cuadro 20 se presenta el contenido de azúcares del mosto de la variedad de papa Alpha, después de someterse a ebullición y al adicionar azúcar de caña. En el primer caso la evaporación de agua favoreció la concentración de los sólidos, logrando una cantidad de 17.6 °Bx. En el segundo caso, al mosto original se le añadió 3 % de azúcar de caña con lo que se logró llevar a 18.5 °Brix. Cada uno de estos mostos se puso en su correspondiente bioreactor para iniciar el proceso de fermentación. Cuadro 20. Comparación de los tratamientos para ajustar los azúcares reductores en el mosto.

Tipo de mosto °Bx pH °G.L. Mosto ajustado con evaporación 17.6 4.3 5.7-6.4 Mosto complementado con azúcar de caña 18.5 4.1 6.7-7.3 °Bx: grados brix; °G. L.: Grados Gay Lussac

La levadura (Saccharomyces cereviseae) en pie de cuba, se adiciona en una proporción de 10 % del volumen total de mosto. Los resultados obtenidos empleando azúcar fueron cercanos a los arrojados por el mosto acondicionado mediante evaporación (Cuadro 20), debido al rendimiento o actividad presentada por la levadura, es decir que el microorganismo actúa de la misma manera al tener la misma cantidad de azúcares reductores. La 86

ventaja de agregar azúcar de caña es el ahorro de energía, ya que se requiere de una cantidad considerable de calorías y tiempo en la evaporación de agua para llegar a los °Bx deseados. Considerando una vía más fácil y con ventajas en energía y tiempo. El tipo de cerveza producido se determina como ale, ya que la levadura tiende a depositarse en el fondo del bioreactor y la temperatura para llevar a cabo esta fase se mantuvo mayor a los 24 °C durante 4 a 7 días (Varnam et al., 1996). En la clarificación, una baja temperatura (refrigeración) permite la precipitación de los sólidos, dejando un producto clarificado, aunque no en su totalidad, ya que al paso del tiempo se observa aún sedimentación de sólidos, con lo cual se determina que para obtener un producto totalmente cristalino es necesario aplicar otro método, como la centrifugación. Después de la fermentación se procede a la carbonatación o gasificación como la que caracteriza a esta bebida. A nivel industrial existe toda la tecnología para lograr la correcta carbonatación de esta bebida. El proceso consiste en inyectar el gas bajo presión a las bebidas ya envasadas y en cantidad preestablecida. Considerando la cantidad de alcohol producido antes de la segunda fermentación y de acuerdo a los 18 °Bx totales iniciales, se tiene un rendimiento que va del 28 al 33 %. Estos resultados coinciden con los obtenidos por Cruz (2007). El precio de la cerveza de papa por litro, estará determinado principalmente por los costos de la materia prima, el ácido, hidróxido y el lúpulo debido a que tienen los precios más elevados. La producción de esta bebida, empleando tubérculos de baja calidad comercial o enfermos por la punta morada. Los costos de producción se 87

pueden reducir más considerando la posibilidad de utilizar enzimas, ya que de esta forma no se utilizaría el ácido y la base. El costo de un kit de enzimas es de aproximadamente $132-135 US dólares, con las que se obtiene un rendimiento mayor como lo mencionan Espitia et al. (2009), quienes observaron que la concentración de azúcares reductores se incrementa en el medio, a medida que aumenta la concentración de enzimas utilizadas para la hidrolisis, alcanzando un valor máximo (59.6 % de azúcares reductores) cuando se utiliza una concentración de enzimas de 1 g/L; con lo que la cantidad de cerveza elaborada por kg de papa con problemas de punta morada, aumentaría significativamente. En el cuadro 21 se observa la cantidad de azúcares presentes en las diferentes etapas del proceso en la elaboración de la cerveza. La materia prima de las dos variedades de papa utilizadas muestra una diferencia de 0.7 % de azúcares reductores, la mayor concentración se tiene en los tubérculos de la variedad Tollocan. Esta diferencia también se ve reflejada al realizar la mezcla papa-agua, en donde los valores son menores debido a la dilución de los sólidos totales. Mediante la hidrólisis se obtuvieron cantidades similares en ambas variedades (en el intervalo de 14.6-15.3 %), lo que permite determinar que ambas pueden ser utilizadas para la elaboración de cerveza.

88

Cuadro 21. Evolución del contenido de azúcares reductores en el proceso de elaboración de cerveza a partir de tubérculos de papa. Varieda d

Materia prima

Mezcla PapaAgua

Hidrólisis

Mosto

Producto final

% Azúcares reductores Alpha

2.9

1.5

Tollocan

3.6

2.3

14.615.0 14.815.3

17.518.5 17.518.5

8.0-9.0 8.0-9.0

Comparando el proceso de producción de cerveza de papa con el de cebada, se puede observar que la ventaja de la papa es el menor contenido de proteína en la materia prima (1.87 %), la cual es alrededor de una tercera parte de la que se presenta en la cebada (7.5 a 15.6 %) (López et al., 2007). La presencia en exceso de proteínas reduce el rendimiento de la producción de cerveza. Se puede presentar un descenso en los rendimientos de 0.5 a 0.6 % por unidad porcentual de proteína presentada en exceso, así como una turbidez mayor. Lo cual permitió una mayor clarificación en la cerveza de papa durante la refrigeración sin necesidad de aplicar alguna sustancia, siendo esto contrario en el proceso a partir de cebada. En cuanto al tiempo que dura el proceso, se observó que en ambos casos fue alrededor de 10 días, sin considerar el tiempo que dura el malteado (en cebada), incluyendo solo el tiempo de preparación de la materia prima, la fermentación y la maduración. Una ventaja a resaltar del proceso de la cerveza de papa vs el proceso de cerveza de cebada, es que el tubérculo no se maltea, mientras que la cebada pasa por un proceso de germinación y secado, el cual requiere más de 5 días para la obtención de los azúcares (Barbado, 2003), mientras que en el procesamiento de los tubérculos de papa se requiere solamente una hora para hidrolizar el almidón. Al utilizar enzimas de Aspergillus niger 89

(productor de enzimas amilasas) para la hidrólisis de almidón de papa, el tiempo también sería menor al empleado para el malteado de cebada (60 horas máximo) como lo menciona León et al. (1997). En la literatura se menciona el uso parcial o en mínimas cantidades de almidón de papa, incluyendo el almidón de camote para la elaboración de cerveza, pero no se ha identificado alguno donde se utilice la papa en fresco como se menciona en la presente publicación. Solamente se han empleado como adjuntos o complementos (20%) para la elaboración de cerveza a partir de cereales como sorgo o cebada (Etim y EtokAkpan, 1992). XV.- ELABORACIÓN DE TORTILLAS. La elaboración de tortillas a base de mezclas de maíz y papa es otra alternativa que se estudió para el aprovechamiento de la producción de papa. Esta alternativa puede ser utilizada especialmente cuando el precio de maíz es muy elevado y se tiene una sobre producción de papa o abundancia de tubérculos que son rechazados en el mercado porque están infectados por la enfermedad de la punta morada de la papa. Las tortillas de maíz nixtamalizado son un producto originario de la región de Mesoamérica, donde, hasta el día de hoy se consideran como un alimento de gran importancia debido al aporte calórico que brinda a la población (Serna y Rooney, 2003). Su producción se realiza mediante dos métodos, el primero y más antiguo, es un método que implica la nixtamalización del maíz para la obtención del nixtamal, su posterior molienda para producir la masa y finalmente moldear las tortillas; el segundo es un método totalmente industrial, que consiste en la deshidratación de la masa de maíz nixtamalizado para la producción de harinas, estas 90

se rehidratan para obtener nuevamente la masa y elaborar tortillas (Serna et al., 1990; Flores et al., 2002). En este trabajo se estudió y evaluó la elaboración de tortillas mediante tres procesos: la nixtamalización de la papa y el maíz juntos, denominado método tradicional; la mezcla de masa de maíz con harina nixtamalizada de papa y el último que consistió en mezclar las harinas nixtamalizadas de maíz y papa. 15.1 Tortillas elaboradas a partir del método tradicional, nixtamal maíz-papa. Se nixtamalizaron mezclas de maíz en grano y tubérculos enteros de papa, dicho nixtamal se molió para la obtención de masa y la elaboración de tortillas. Se elaboraron mezclas de 95 % maíz-5 % papa (95-5) y 90 % maíz-10 % papa (90-10). El rendimiento en tortilla fue de 1.40 kg de tortilla por kg de mezcla para la mezcla 95-5 y 1.23 kg de tortilla por kg de mezcla para la mezcla 90-10. Comparando estos valores con el rendimiento de una muestra testigo (nixtamal 100 % maíz), donde el rendimiento fue de 1.40 kg de tortillas por kg de maíz, se observa que el rendimiento de la mezcla 95-5 fue igual, sin embargo, cuando se incrementó el porcentaje de papa en el nixtamal, el rendimiento disminuyó significativamente. Esto se puede explicar por el alto contenido de humedad que tiene la papa, la cual se pierde en el proceso de cocción de la tortilla. El rendimiento maíz-tortilla se ha reportado con valores de 1.3-1.6 kg de tortillas por kg de maíz (Salinas y Vázquez, 2006), el rendimiento de la mezcla 95-5 se encuentra dentro de este rango mientras que el de la mezcla 90-10 está por debajo de estos valores. Se hicieron mediciones de humedad, textura y color en las masas y tortillas obtenidas a partir del nixtamal de las dos mezclas y el testigo (Cuadro 22). 91

Cuadro 22. Características de masa y tortillas elaboradas con mezclas de maíz y papa. Humedad Mezcla Masa

T 2h

Dureza T 24h

Masa

T 2h

%

Luminosidad (L*) T 24h

gf

Masa

T 2h

T 24h

Testigo 56.80 46.50 41.21

326.00 298.00 423.33

82.87 76.63 75.88

95-5

57.36 45.40 45.33

321.00 222.67 320.00

80.88 73.49 73.59

90-10

57.94 45.63 45.43

324.75 244.00 344.50

81.77 73.78 73.62

Testigo: 100 % maíz; 95-5: Mezcla de 95 % maíz-5 % papa entera; 90-10: Mezcla de 90 % maíz10 % papa entera; L*: luminosidad (0 = negro y 100 = blanco); T 2h: tortilla a las dos horas de elaboración. T 24h: tortilla a las 24 horas de elaboración.

Se observa que la humedad de la masa de ambas mezclas fue mayor que la del testigo (57.36 % para 95-5 y 57.94 % para 9010). Arámbula et al. (2000) mencionan que en una masa de maíz de buena calidad para la elaboración de tortillas, la humedad debe oscilar entre 50 y 58 %, rango en el cual se encuentran los valores de las mezclas evaluadas. En las tortillas analizadas a las dos horas de su elaboración, la humedad del testigo fue mayor que la de las mezclas, sin embargo, la misma medición realizada a las 24 horas demuestra que la pérdida de humedad de las tortillas de las mezclas fue casi nula con respecto al testigo. Los valores obtenidos se encuentran dentro del rango de 32.5 - 47.9 %, reportado por Antuna et al. (2008).

La textura de la masa, medida como dureza, se define como la fuerza necesaria para alcanzar una deformación dada en el material evaluado. En el cuadro 22 se observa que la masa más firme fue la del testigo, ya que necesitó una fuerza mayor para poder deformarse, la masa de las mezclas fueron ligeramente menos firmes que el testigo. 92

En las tortillas también se evaluó la dureza, que se refiere a la fuerza necesaria para provocar una ruptura en la tortilla; al igual que en la humedad, esta característica se evaluó 2 y 24 horas después de su elaboración. Las tortillas del testigo fueron más duras que las de las mezclas, tanto a las 2 horas como a las 24; esta diferencia es más visible a las 24 horas. Estos resultados son similares a los reportados por Salinas et al. (2010), que reportan la dureza en tortillas de diferentes maíces con valores de 220-380 gf a las dos horas y 270-460 gf a las 24 horas. La tendencia de la dureza en las tortillas se relaciona con el contenido de humedad de las mismas, a mayor humedad se espera que sean de textura más suave. En la figura 32 se muestra la tendencia de la dureza y relación humedad-dureza de los tratamientos evaluados, la cual muestra diferencias para cada caso.

93

Figura 32. Dureza y humedad de tortillas elaboradas con mezclas de maízpapa entera. Testigo: 100 % maíz; 95-5: Mezcla de 95 % maíz-5 % papa entera; 90-10: Mezcla de 90 % maíz10 % papa entera.

Se observa que la humedad a las 2 horas fue muy similar para los tres tratamientos pero la textura no, ya que las tortillas del testigo fueron las más duras. A las 24 horas, la humedad del testigo disminuyó y se incrementó su dureza, comportamiento que previamente ha sido informado (Vázquez et al., 2011). En tanto que en las tortillas de las mezclas, la humedad no disminuyó significativamente, pero su dureza se incrementó considerablemente, esto se atribuye a una mayor gelatinización ocurrida en los almidones de papa (Nor et al., 2010). Con respecto al color evaluado tanto en masa como en tortillas, la mayor luminosidad se encontró en las tortillas del testigo respecto a las de las mezclas. En la figura 33 se puede observar que para los tres tratamientos la luminosidad disminuye en tortilla con respecto a la masa, el cocimiento reduce la humedad y 94

favorece reacciones que se manifiestan en colores menos luminosos (reacción de Maillard, etc). La presencia de la piel de papa redujo la luminosidad de las tortillas, respecto al testigo. En estos tratamientos la luminosidad se mantuvo 24 horas después de almacenadas las tortillas. Los valores de luminosidad indican que tan claro u obscuro son los productos, a medida que el valor aumenta se tiene un producto más claro, en este caso las tortillas fueron blancas y luminosas.

Figura 33. Color (expresado como luminosidad) en masa y tortillas elaboradas con mezclas de maíz-papa entera. Testigo: 100 % maíz; 95-5: Mezcla de 95 % maíz-5 % papa entera; 90-10: Mezcla de 90 % maíz-10 % papa entera.

95

15.2 Tortillas elaboradas con harina de papa nixtamalizada mezclada con harina y masa de maíz nixtamalizado. Se elaboraron dos tipos de harina de papa nixtamalizada, una integral (con piel) y una refinada (sin piel) (Sección 9.3); estas harinas se mezclaron en diferentes proporciones con harina y masa de maíz nixtamalizado para la elaboración de tortillas. Para realizar las evaluaciones correspondientes se incluyeron dos testigos, uno de masa de maíz (Testigo M) y otro de harina de maíz (Testigo H) (Cuadro 23). Cuadro 23. Tratamientos evaluados en tortillas elaboradas a base de harina de papa.

Tratamiento

50HPCP-50HMN

50-HPSP-50HMN Testigo H 30HPCP-70MMN

30HPSP-70MMN Testigo M

Rendimiento en tortilla (kg de tortilla/kg de mezcla)

Descripción 50 % harina de papa con piel 50 % harina de maíz nixtamalizado 50 % harina de papa sin piel 50 % harina de maíz nixtamalizado 100 % harina de maíz nixtamalizado 30 % harina de papa con piel 70 % masa de maíz nixtamalizado 30 % harina de papa sin piel 70 % masa de maíz nixtamalizado 100 % masa de maíz nixtamalizado

96

1.96

2.04 1.65 0.984

1.004 0.967

Los rendimientos obtenidos en cada tratamiento son muy variables. Los rendimientos de las mezclas harina de papa-harina de maíz y su testigo (100 % harina de maíz) proporcionaron los rendimientos más altos en comparación con las mezclas harina de papa-masa de maíz y su testigo (100 % masa de maíz), esto se debe a que la materia prima de la que se partió tiene diferentes contenidos de humedad, en este caso, en las mezclas harina-harina el peso inicial tiene un mayor contenido de sólidos que se ve reflejado en el rendimiento final. Contreras (2010), reportó un rendimiento de 1.58 kg de tortillas por kg de harina de maíz nixtamalizado, los rendimientos obtenidos para las mezclas harina-harina y su testigo son similares a este valor; cabe mencionar que en la mezcla de harina sin piel se observó una ligera disminución en el rendimiento. De acuerdo a los datos del cuadro anterior el tratamiento que brinda el mayor rendimiento de tortillas es el de 50 % de harina de papa refinada con 50 % de harina de maíz nixtamalizada. Los valores de las mediciones de humedad, textura y color en las masas y tortillas obtenidas a partir de las mezclas y los testigos se muestran en el cuadro 24.

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Cuadro 24. Características de masa y tortillas elaboradas a base de harina de papa. Humedad Mezcla

Masa

T 2h

Dureza T 24h

Masa T 2h T 24h

% Testigo H

g

Luminosidad (L*) Masa

T 2h

T 24h

f

63.59

47.17 43.07

355

152 250

79.43 72.86 71.32

50HPCP-50HMN 67.16

50.86 50.49

275

140 178

78.78 72.91 73.45

50-HPSP-50HMN 66. 52 53.56 51.60

293

141 196

78.26 74.26 73.80

Testigo M

61.48

50.86 50.00

382

293 364

79.33 73.58 72.15

30HPCP-70MMN 63.95

52.06 50.74

395

262 287

72.21 66.14 66.95

30HPSP-70MMN 63.70

53.94 53.77

371

212 249

73.56 67.53 65.98

Testigo H: 100 % harina de maíz nixtamalizado; 50HPCP-50HMN: Mezcla de 50 % harina de papa nixtamalizada con piel-50 % harina de maíz nixtamalizado; 50HPSP-50HMN: Mezcla de 50 % harina de papa nixtamalizada sin piel-50 % harina de maíz nixtamalizado; Testigo M: 100 % masa de maíz nixtamalizado; 30HPCP-70MMN: Mezcla de 30 % harina de papa nixtamalizada con piel70 % masa de maíz nixtamalizado; 30HPSP-70MMN: Mezcla de 30 % harina de papa nixtamalizada sin piel-70 % masa de maíz nixtamalizado; L*: luminosidad (0 = negro y 100 = blanco); T 2h: tortilla a las dos horas de elaboración. T 24h: tortilla a las 24 horas de elaboración

Las masas de las mezclas harina-harina mostraron mayor humedad que las de las mezclas harina-masa. Con respecto a los testigos, la humedad en masa se incrementó con la adición de harina de papa, tanto en mezclas con harina como con masa de maíz. Este aumento fue ligero pero fue visible, otro comportamiento que se observó fue que la adición de harina de papa sin piel generó más humedad que la adición de harina de papa con piel. En cuanto a la firmeza, se puede observar que las masas de las mezclas harina-masa fueron más firmes que las de la mezcla-harina, correlacionado con los valores de humedad, las masas de las mezclas fueron menos firmes que las masas de los testigos, esto debido a su mayor contenido de humedad.

98

En la humedad de las tortillas se observa la misma tendencia que con la humedad de las masas, las tortillas elaboradas con las diferentes mezclas mostraron mayor humedad que los testigos, este patrón se observó a las dos y 24 horas de elaboración. Zamora (2011) reportó que en productos de panificación elaborados con harina papa hay una mayor retención de agua que en productos elaborados solo con harina de trigo. Las totillas de las mezclas harina-harina fueron ligeramente más húmedas que las de las mezclas harina-masa, sin embargo, a las 24 horas estas perdieron más humedad que las segundas, las cuales mantuvieron casi los mismos valores. Las tortillas de las mezclas harina-masa presentaron mayor dureza que las mezclas harina-harina, en este grupo, el testigo (100 % masa de maíz) fue más duro que las mezclas. En el grupo de las mezclas harina-harina, el testigo también presentó mayor dureza. El aumento de la dureza a las 24 horas fue menor en las mezclas que en los testigos de ambos grupos. En conclusión la adición de harina de papa hace que las tortillas sean más suaves. La gráfica de humedad y dureza en tortillas (Figura 34), muestra la relación inversa que existe entre estos parámetros, pues a mayor humedad, menor es la dureza. Este comportamiento se puede observar claramente en las mezclas harina-harina y harinamasa que tienen altos contenidos de humedad y bajos valores de dureza.

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Figura 34. Dureza y humedad de tortillas elaboradas con mezclas de harina de papa-harina de maíz, y harina de papa-masa de maíz, con sus correspondientes testigos. Testigo H: 100 % harina de maíz nixtamalizado; 50HPCP-50HMN: Mezcla de 50 % harina de papa nixtamalizada con piel-50 % harina de maíz nixtamalizado; 50HPSP-50HMN: Mezcla de 50 % harina de papa nixtamalizada sin piel-50 % harina de maíz nixtamalizado; Testigo M: 100 % masa de maíz nixtamalizado; 30HPCP-70MMN: Mezcla de 30 % harina de papa nixtamalizada con piel70 % masa de maíz nixtamalizado; 30HPSP-70MMN: Mezcla de 30 % harina de papa nixtamalizada sin piel-70 % masa de maíz nixtamalizado.

En cuanto a la luminosidad de las masas y tortillas, en la figura 35 se observa que las de la mezcla harina-harina fueron más claras que las de la mezcla harina-masa.

100

Figura 35. Color (expresado como luminosidad) en masa y tortillas elaboradas con mezclas de harina de papa-harina de maíz, y harina de papamasa de maíz, con sus correspondientes testigos. Testigo H: 100 % harina de maíz nixtamalizado; 50HPCP-50HMN: Mezcla de 50 % harina de papa nixtamalizada con piel-50 % harina de maíz nixtamalizado; 50HPSP-50HMN: Mezcla de 50 % harina de papa nixtamalizada sin piel-50 % harina de maíz nixtamalizado; Testigo M: 100 % masa de maíz nixtamalizado; 30HPCP-70MMN: Mezcla de 30 % harina de papa nixtamalizada con piel70 % masa de maíz nixtamalizado; 30HPSP-70MMN: Mezcla de 30 % harina de papa nixtamalizada sin piel-70 % masa de maíz nixtamalizado. L*: luminosidad (0 = negro y 100 = blanco)

En el grupo harina-harina, no se observan diferencias significativas entres las mezclas y el testigo, sin embargo, en el grupo masa-harina, el testigo es más claro que las mezclas. En conclusión, los resultados indican que la mezcla de papa, ya sea en forma de tubérculos enteros nixtamalizados o en harina, con maíz para la elaboración de tortillas, es una alternativa que permite conjuntar las características de dos fuentes de alimentación sin que disminuya la calidad de las tortillas cuando la proporción es la adecuada.

101

XVI.- AGRADECIMIENTOS. Los autores agradecen al Grupo Produce Estado de México, al Comité Estatal del Sistema Producto Papa Estado de México y a los productores de papa por el apoyo financiero y de materia prima para la realización de este proyecto. También agradecemos a los Ingenieros Agroindustriales Maricela Cruz Cruz, Oswaldo García Juárez, Anyuli Pérez Salas, Maricruz Rodríguez Herrera y Mauricio Zamora Villegas por su colaboración en la obtención de los resultados aquí plasmados y al personal del Laboratorio de Calidad de Maíz del INIFAP por su apoyo.

102

XVII.- LITERATURA CITADA. Aguilar U., M. G. 1998. Caractérisation cinétique et métabolique d´une souche Brettanomyces. Docteur Thèse. L’Institut National Polytechnique de Toulouse. Toulouse, Francia. Aguilar M., G. 2011. Productores de papa solicitan apoyo. InfoRural. Disponible en: http://www.inforural.com.mx/spip.php?article82814. Fecha de consulta: 27 de junio de 2012. Alarcón R., N. M.; Lozoya S., H., y Valadez M., E. 2009. Caracterización de ADN de clones de papa e identificación de fitoplasmas asociados al síndrome de la punta morada. Agrociencia 43(4):357-370. Anderson, A.; Gekas, V.; Lind, I.; Oliveira, F., and Öste, R. 1994. Effect of preheating on potato texture. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 34:229-251. Antuna G., O.; Rodríguez H., S. A.; Arámbula V., G.; Palomo G., A.; Gutiérrez A., E.; Espinoza B., A.; Navarro O., E. F., y Andrio E., E. 2008. Calidad nixtamalera y tortillera en maíces criollos de México. Revista Fitotecnia Mexicana. 31 (Núm. Especial 3): 23–27. Arámbula V., G.; Yáñez L., M.; Vorobiev, Y. y González H., J. 2000. Coeficiente efectivo de difusión de agua en masas de maíz nixtamalizado por extrusión. Agrociencia 34:717-727. Barbado, J. L. 2003. Secretos de la Cerveza Casera. Ed. Albatros. Buenos Aires, Argentina. 128 p. Biarnès, A. y Duchenne, T. 1995. El Manejo Agronómico del Cultivo de Papa: un Control Difícil. En: Biarnès, A.; Colín, J. P., y Santiago C., M. J. (Eds.). Agroeconómica del Cultivo de Papa. ORSTOMColegio de Posgraduados. pp. 19-33. Blumenthal, M. and Stier, R. 1991. Optimization of deep fat frying operations. Journal of Food Science 58:411-148. Borba, N. 2008. La papa un alimento básico. Posibles impactos frente a la introducción de papa transgénica. Boletín electrónico de la Red de Acción en Plaguicidas y sus alternativas para América Latina (RAP-AL). Número 26. 11 p.

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Centros Nacionales de Investigación Disciplinaria, Centros de Investigación Regional y Campos Experimentales

Sede de Centro de Investigación Regional Centro Nacional de Investigación Disciplinaria Campo Experimental

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Comité Editorial de CIRCE Presidente Dr. Eduardo Espitia Rangel Secretario Dr. A. Josué Gámez Vázquez Vocales M.C. Santa Ana Ríos Ruiz Dra. Martha B.G. Irizar Garza Dr. Francisco Becerra Luna Dra. Alma Velia Ayala Garay Revisión Técnica Dr. Horacio Guzmán Maldonado M.C. Ma. Guadalupe Herrera Hernández Dr. Román Flores López Edición Dra. Martha B. G. Irizar Garza Diseño de portada y formación de interiores Moisés Aguilar Castillo

CÓDIGO INIFAP CÓDIGO INIFAP: MX-0-310303-37-06-29-06-15

Esta publicación se terminó de imprimir en Noviembre de 2012 en los talleres gráficos

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