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Extracción y Caracterización Química de Almidón de Plátano y Banano de las Variedades FHIA-01, 20, 21 y 23 Ana O. Cabrera M., M.C. Laura V. Madrigal A. y M.C. Joel Vázquez G. Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Colima, Km. 9 Carretera Colima-Coquimatlán, Coquimatlán, Col., México 28400. [email protected] Resumen El plátano y banano es una fuente alterna para la obtención de almidón, en su estado verde o inmaduro esta fruta contiene principalmente almidón, por lo que se puede diversificar su uso como materia prima para el aislamiento de este polisacárido. El objetivo del trabajo fue estudiar el rendimiento de la extracción del almidón. Para la obtención de almidón a partir de plátanos de las variedades FHIA-20 y FHIA-21 y bananos FHIA-01 y FHIA-23, se sometieron las variedades a una caracterización física y química, para determinar la calidad potscosecha de los frutos, se siguieron los métodos y procedimientos planteados por Dadzie, B.K. & Orchard J.E. (1997), para su evaluación física. Para la caracterización química se contó con el equipo adecuado para cada determinación, logrando el Análisis Químico Proximal completo, como la composición de Sodio y Potasio. Se usarón lotes de 500 g de pulpa de fruto para evaluar las diferentes operaciones unitarias del proceso. El rendimiento del almidón, en relación a la cantidad inicial presente en la pulpa, estuvo entre 2.5 y 7.3 %, los valores se encontraron en un intervalo que no pueden considerarse adecuado para este tipo de procesos. Palabras Clave: Banano FHIA-01& FHIA-23, Plátano FHIA-20 & FHIA-21, Almidón.

Introducción El almidón es uno de los polisacáridos de mayor uso en diversas industrias, ya que se utiliza como aditivo en alimentos para impartir consistencia, retener humedad o para encapsular sabores; también se utiliza como materia prima para la producción de jarabe de fructosa y maltodextrinas. En el caso de la industria farmacéutica es un vehículo para muchos medicamentos, y en la industria papelera y de pegamentos es muy importante para impartir la característica a sus productos. Una aplicación reciente, es en la elaboración de películas biodegradables, que en el ámbito ecológico está teniendo un impacto importante. Debido a la gran demanda del almidón, es importante buscar fuentes alternativas para el aislamiento de este polisacárido, que por un lado presente buenas o mejores propiedades, con la finalidad del desarrollo de nuevos productos, y por otro lado se puedan obtener a bajo costo y con XXV Aniversario de la Carrera de Ingeniería en Alimentos en el Instituto de Ciencias Agrícolas, Universidad de Guanajuato

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buenos rendimientos. En la actualidad, se le ha prestado mucha atención a los almidones de las musáceas especialmente del plátano verde, ya que son parcialmente resistentes a la hidrólisis por parte de amilasas digestivas. Colima tiene una gran producción agrícola de plátano y banano por su clima optimo a este cultivo, el plátano y/o banano, puede ser una fuente alternativa para el aislamiento del almidón y para los nuevos usos del polisacárido. Para fines nutricionales, Englyst y Cummings (1992), clasificaron el almidón como digerible y resistente. El primero es degradado hasta glucosa por enzimas en el tracto. El segundo se escapa de la digestión en el intestino delgado, pero se fermenta en el colon. El objetivo fue estudiar las modificaciones de almidón total, resistente y digerible. Se realizó el análisis proximal al almidón obtenido, al igual, se les determinará el almidón total y resistente. En 1995, Goñi et al., resaltaron los beneficios del almidón resistente en la salud: Disminución del contenido energético en la dieta, descenso ligero de la saciedad, no modificación de los hábitos intestinales, disminución de triglicéridos y colesterol y su papel preventivo del cáncer de colon. Los resultados preliminares así como la metodología empleada en este trabajo serán discutidos, haciendo notar la importancia de contribuir al estudio del almidón de plátano y banano, de las nuevas variedades generadas por la Fundación Hondureña de Investigación Agrícola (FHIA). Materiales y Métodos Los plátanos FHIA-20 y 21 y bananos de las variedades FHIA-01 y 23, en estado de madurez fisiológica (con once semanas de desarrollo) cultivados en el Campo Agrícola Experimental (INIFAP), ubicado en Tecomán, Colima, se transportaron al Laboratorio de Alimentos de la Facultad de Ciencias Químicas en Coquimatlán, Col., se recibieron en lotes de 3 racimos para cada variedad, sin envoltura alguna o empleando una cubierta de plástico o periódico. CARACTERÍSTICAS DEL RACIMO Y DE LA FRUTA DURANTE LA POSTCOSECHA Se evaluaron el peso del racimo y las características de la fruta, como su peso, longitud y circunferencia, que representan importantes criterios para la selección postcosecha(1). CALIDAD POSTCOSECHA Color de la cáscara y de la pulpa (Colorímetro HunterLab) Las mediciones de color se registraron utilizando la escala L*, a* y b* de Hunter (4).

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Medición del color de la cáscara: Se colocó la cabeza de medición sobre la superficie de la fruta (superficie de la cáscara), se tomaron 3 lecturas (en cada superficie de la fruta) y se calculo el promedio. Medición del color de la pulpa: Se cortó la fruta transversalmente en el punto medio y se coloco la cabeza de medición en el centro por triplicado. Sólidos solubles totales, el pH y la Acidez Titulable (AACC, 1983) Preparación de la muestra: se licuaron en un mezclador de cocina 60 g del tejido de la pulpa (de la sección transversal de la fruta) en 180 ml de agua destilada, por 2 min. y luego se filtró la mezcla (a través de un papel de filtración). Y se procedió con la determinaciones. Para determinar el contenido de Sólidos Solubles Totales se colocó una gota del filtrado en el prisma del refractómetro ABBE, dirigiendo el refractómetro hacia una fuente de luz y se leyó el porcentaje de sólidos solubles totales. El valor registrado se multiplicó por tres (debido a que la muestra inicial de la pulpa ha sido diluida tres veces con agua destilada). Para el pH se lavó el electrodo del medidor del potenciómetro HANNA con agua destilada y se colocó en el filtrado, permitiendo unos minutos para que el medidor se estabilice para realizar la lectura. Se registró el valor del pH del filtrado. En la Acidez Titulable Total de los bananos, bananos de cocción y plátanos se transfirieron 25 ml de filtrado a un matraz Erlenmeyer de 125 ml, se añadieron 25 ml de agua destilada y 3 gotas del indicador de fenolftaleína. Se llenó la bureta de 50 ml de capacidad con 0.1 N de Hidróxido de Sodio valorado (NaOH) y se ajustó la marca después de eliminar las burbujas. Se tituló con 0.1 N de NaOH hasta que el indicador cambió su color a rosado/rojo. Se registró el volumen titulado del NaOH añadido. Los resultados se expresaron, como miliequivalentes por 100 g de muestra en términos del ácido málico presente.(1) COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA PULPA Análisis Químico Proximal El contenido de humedad, cenizas, proteínas, fibra cruda, grasas y extracto libre de nitrógeno de las cuatro variedades de plátanos y bananos FHIA, se evaluarán de acuerdo con los métodos de la AOAC (1990). La muestra de este análisis consistió en el producto obtenido de la deshidratación y molienda (harina) del plátano y/o banano verde. Contenido de minerales (AACC, 1983)

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La composición de Sodio y Potasio se realizó con el equipo de Espectrofotometría de Absorción Atómica de Flama marca Varian, con la muestra digerida en el horno de microondas QLab 6000. AISLAMIENTO DE ALMIDÓN Para aislar el almidón de plátano y/o banano es necesario trabajar con la fruta en estado verde que es cuando posee la máxima cantidad de este (de 20 a 25%), ya que conforme madura, el almidón se convierte en azúcar, hasta llegar a valores de apenas 1% (5),(6). Fig.1. Patrón de almidón correspondiente al color de la cáscara durante su maduración en Plátano FHIA-01(1).

El transporte de plátanos FHIA-20 y 21 y bananos de las variedades FHIA-01 y 23, fue manos, sin envoltura alguna. La selección se hizo de acuerdo al tamaño y peso adecuado. Eliminando los frutos que presentan daño por hongos, insectos o daño mecánico. Se remojaron en una solución de 10 ppm de Cloro en agua, durante 5 minutos. Los frutos se lavaron con abundante agua potable, para eliminar el Cloro y algunas impurezas. Las muestras remojadas, se pelaron en forma manual, retirando la cubierta. Con una licuadora Oster* de cocina, se licuaron los frutos en combinación con agua en una proporción 1:1 (fruto:agua), por 5 minutos, lo que originó una masa húmeda constituida por, fibra, proteína y almidón. Se incorporó 1 litro de agua con agitación manual durante 5 minutos. El resultado de la primera molienda se hizo pasar 3 veces a través de un tamiz comercial de 20 mallas, dejando pasar proteínas, fibra fina y almidón. En esta operación se incorporaron 2 litros de agua, para arrastrar la mayor cantidad de almidón contenido en la masa húmeda, esta ultima operación se hace al final de cada tamizado. En forma paralela se volvió a licuar el material que pasó a través del tamiz, para dividir aún más la matriz que contiene a los gránulos de almidón. Posteriormente se hace pasar a través de un tamiz Tayler de 50 mallas, reteniendo la fibra gruesa, dejando pasar proteínas, fibra fina y almidón. Se deja reposar en baño de hielo durante 3 horas. Se elimina el líquido y se resuspendió el sedimento en 1 litro de agua, XXV Aniversario de la Carrera de Ingeniería en Alimentos en el Instituto de Ciencias Agrícolas, Universidad de Guanajuato

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con agitación manual durante 5 minutos. Se realiza un nuevo tamizado en una Tayler de 100 mallas, para retener la fibra fina, y solo los gránulos de almidón y proteínas pasan. Se dejó reposar el resultado del tamizado de 100 mallas durante 15 horas, de esta manera se separaran el agua y los taninos solubles. Una vez, que se retiraron por medio de lavados los taninos y proteínas aun presente, se deja secar en horno de aire a 30-40 °C. Se muele en mortero el almidón seco, para su análisis. La extracción de almidón se efectuó a una temperatura de 20 °C y siempre utilizando agua destilada. Resultados y discusión. Características del racimo y de la fruta En las características del racimo y de la fruta, se pudo apreciar un mayor rendimiento de racimo y fruta en la variedad FHIA-23, registrando los mayores pesos de racimo, fruta, mayor número de manos y dedos, en la longitud de la fruta no se diferencia de la variedad FHIA-20 (22.4 y 22.75 cm, respectivamente), el perímetro no es un parámetro muy diferencial entre los clones a excepción de FHIA-21 registrando el menor valor (11.6 cm). Características de calidad postcosecha El color de los bananos y plátanos es probablemente el único factor por el cual el consumidor evalúa la calidad de la fruta. A continuación, se presenta los parámetros que se toman cuando se evalúa el color (Tabla I). Tabla II. Medición de color de pulpa de plátanos y bananos Variedad

L*

a*

b*

Є*

FHIA-01

81.8 ± 0.7

2.94 ± 0.47

24.55 ± 1.52

76.23

FHIA-20

76.31 ± 0.27

8.5 ± 0.44

33.64 ± 0.76

82.17

FHIA-21

77.085 ± 0.78

4.44 ± 0.47

28.1 ± 2.66

83.81

FHIA-23

73.5 ± 9.95

1.44 ± 1.08

20.18 ± 2.74

85.45

Presentando una claridad mayor el banano FHIA-01 (más cercano al blanco) y menor por poca diferencia la variedad FHIA-23 (más cercano al gris débil), más cercano al amarillo se tuvo al plátano FHIA-20. El color de la fruta es un índice de madurez, en este trabajo el color correspondió a una etapa de maduración de 1-3 que concuerda con la prueba cualitativa de almidón y el bajo contenido de azúcares expresado como grados Brix.

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Tabla III. Resultados de Sólidos Solubles Totales, pH y mq/100 g de Ácido Málico. Variedad

SST

pH

%Ácido Málico

FHIA-01

1.25 ± 0.09

5.43 ± 0.03

0.0721 g/ml

FHIA-20

0.8 ± 0

6.37 ± 0.01

0.0736 g/ml

FHIA-21

3.83 ± 0.49

5.75 ± 0.04

0.0080 g/ml

FHIA-23

1.75 ± 0.11

5.85 ± 0.07

0.0728 g/ml

La cantidad de SST y porcentaje de Ácido Málico obtenidos en la variedad de FHIA-21 es menor con respecto a las demás variedades, observándose por lo contrario un aumento en el pH. El porcentaje del contenido de sólidos solubles totales de distintas variedades varía dependiendo del estado de madurez, por ejemplo, en los bananos, bananos de cocción y plátanos, el centro de la pulpa, o área locular, usualmente tiene un mayor contenido de azúcares que el tejido cortical. Por lo tanto, para la obtención de un porcentaje de SST preciso, fue necesario tomar varias muestras de pulpa, tanto de la parte central (área locular) como del tejido cortical. Composición Química de la pulpa Más de la mitad del peso de la pulpa del plátano es agua (66-80% de humedad), con contenidos de proteína que van de 4.26 a 5.18%, el contenido de lípidos es muy bajo con valores de (0.45 a 0.84%), el intervalo de 2.61 a 3.81% corresponde al contenido de cenizas, la fibra cruda oscila en un rango de 1.16 a 1.54% para estas variedades de plátanos y bananos de la FHIA. Tabla IV. Resultados de la Composición Química de la pulpa. Determinación

FHIA-01

FHIA-20

FHIA-21

FHIA-23

Humedad pulpa 73.73 ± 1.22

70.14 ± 0.90

66.63 ± 0.40

80.64 ± 0.54

Humedad harina 5.35 ± 0.29

4.61 ± 0.70

4.05 ± 0.41

7.12 ± 0.24

Extracto etéreo

0.84 ± 0.10

0.45 ± 0

0.48 ± 0.01

0.54 ± 0.15

Proteína Cruda

4.42 ± 0.10

4.26 ± 0.16

5.18 ± 0.67

4.10 ± 0.06

Fibra cruda

1.5 ± 0.16

1.38 ± 0.07

1.16 ± 0.66

1.54 ± 0.19

Cenizas

3.39 ± 0.14

3.02 ± 0.14

2.61 ± 0.08

3.81 ± 0.27

90.83

90.57

90.01

E.L.N. (Diferencia) 89.85

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Sodio (ppm)

361.23 ± 20.7

366.24 ± 18.3

459.45 ± 4.07

436.29 ± 6.56

Potasio (ppm)

2593.15 ± 247.63 2515.48 ± 109.59 2682.55 ± 152.17 2929.94 ± 122.91

Aislamiento de almidón Una vez realizada esta primera fase, se evaluó cualitativamente el porcentaje de almidón con intervalos de 2.75 a 3.5 %, se continuó con la adecuación del proceso para la extracción de almidón a partir del fruto de plátano y banano de las variedades FHIA. Tabla 6. Resultados del rendimiento y pureza del almidón de plátano y banano. Variedad

% Rendimiento

% Pureza

FHIA-01

6.8

96.44

FHIA-20

7.3

97.54

FHIA-21

2.5

97.23

FHIA-23

6.0

97.46

En cada malla el residuo se lavó hasta que el líquido de salida no tuviera residuo aparente de almidón. El análisis de agua utilizada en el aislamiento de almidón fue de 10 litros por extracción, el residuo retenido en la malla 20 se limitó solamente a semillas del propio fruto, el residuo retenido en la malla 50 fue de aproximadamente 200 g, aproximadamente 50 g en la malla 100. El menor rendimiento lo presenta el plátano FHIA-21 con respecto a las demás variedades que van arriba del 6%, procedimiento de extracción es susceptible de optimizarse modificando la etapa de molienda y/o tamizado. Por el momento se están haciendo los ajustes necesarios para poder alcanzar los porcentajes reportados en el proceso de extracción de almidón de plátano y banano, ya que los resultados reportados de las cuatro variedades con la que se trabajan, nos afirma que el procedimiento seguido no es rentable económicamente, pues se requiere un alto suministro de calor, agua y tiempo largo de exposición para lograr el secado, debido al contenido de agua y a la presencia de pectina en el fruto, esta última retiene el líquido intracelular el cual posee gran cantidad de almidón. Al almidón obtenido se le determino un análisis químico proximal, que por diferencia se calculo la pureza, ésta representa mayor valor que las reportadas en bibliografía (94%).

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Bibliografía Dadzie, B.K. & Orchard J.E. 1997. Routine Post Harvest Screening of Banana/Plantain Hybrids: Criteria and Methods. INIBAP Technical Guidelines 2. International Plant Genetic Resources Institute, Rome, Italy; International Network for the Improvement of Banana and Plantain, Montpellier, France; ACP-EU Technical Centre for Agricultural and Rural Cooperation, Wageningen, The Netherlands. Goñi, I., García-Diz, L., Mañas, E. & Saura-Calixto, F. 1995. Analysis of resistant starch: a method for foods and food products. Food Chemistry. 56.445-449. Englyst, H.N., Kingman, S.M. & Cummings, J.H. 1992. Classification and measurement of nutritionally important starch fractions. Eur. J. Clin. Nutr., 46 (Suppl. 2) S33-S50. Hunter, R. S. 1975. The measurement of appearance. Wiley, New York. Abadía, P. Producción de almidón de banano por el método enzimatico. Proyecto de Graduación. Lic. Ing. Química. San José, Costa Rica, Universidad. Facultad de Ingeniería. 1979. 89 p. Palmer, J. Banano Products. In tropical foods chemistry and nutrition. Inglaterra. V.2. 1979 pp 625-635.

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