Efecto del fraccionamento sobre las caracteristicas del germen de maiz desgrasado

Effect of the fractioning on the characteristics of the deffated corn germ

Efecto del fraccionamento sobre las caracteristicas del germen de maiz desgrasado¹

Blanca D. HERNÁNDEZ², Marisa J. GUERRA^2,*, Francisco RIVERO³

RESUMEN

El germen de maíz desgrasado (GMD) es un subproducto que se obtiene al elaborar harina cruda o precocida y extraer el aceite de maíz. Este subproducto se usa exclusivamente en la alimentación animal, debido a que es un material heterogéneo con alto contenido de salvado. El principal obstáculo para usarlo en la formulación de alimentos es que los fragmentos de fibra de la cáscara, modifican las características sensoriales y funcionales de los productos. Para evitar esta limitante, en este trabajo, se trató de eliminar los fragmentos de fibra y de incrementar la concentración de proteína. Para esto, el material extraíble (ME) rico en grasa y el germen industrial desgrasado (GD) fueron sometidos a fraccionamientos mediante separación en tamices, aspirado y molienda. El rendimiento en fracciones de GMD obtenidas a nivel de laboratorio GD1 e industrial GD2 respectivamente, fue de 44,76% y 78,02%. La fibra se redujo en un 18,45% y en un 41,61% y se aumentó la proteína en 7,40% y en 19,56% para las fracciones GD1 y GD2 respectivamente. La calidad de la proteína medida por la eficiencia proteica (PER) varió de 2,57 a 2,84 lo que resultó ser 16 veces superior a la de la harina de endospermo de maíz blanco (PER 0,16) y la digestibilidad aparente de las fracciones GD1 y GD2 dio valores superiores al 86%, lo que indica que el fraccionamiento es una tecnología sencilla que mejora considerablemente la calidad de las proteínas del germen, el color y los índices de solubilidad y absorción de agua.

Palabras-chave: germen de maíz, fraccionamiento, material extraíble.

SUMMARY

EFFECT OF THE FRACTIONING ON THE CHARACTERISTICS OF THE DEFFATED CORN GERM. Deffated corn germ is a subproduct in the production of raw or precooked corn flour and of corn oil. This subproduct is used only in the production of animal feed because it is a heterogeneous material with a lot of bran. The principal obstacle for direct use of deffated corn germ in the formulation of foods is the presence of fragments of hull fiber. These fragments modifies the sensorial and functional characteristics of the product. In order to avoid this problem, the deffated corn germ was processed to eliminate the fragments of fiber and to increase the protein concentration. The extractable material (ME) high in oil and the industrial deffated corn germ were fractionated by separation with sieves, aspiration, and milling. The yield of the deffated fractions of corn germ flour in the laboratory (GD1) and at the industrial level (GD2) were 44.70% and 78.02% respectively. Fiber content was reduced by 18.45% and 41.61% and protein content was increased by 7.40% and 19.56% respectively. Protein quality determined as PER (protein efficient ratio) increased from 2.57 to 2.84. Protein efficient ratio was 16 times higher than that of endosperm corn flour (PER 0.16). Apparent digestibility of both fractions were higher than 86%. Results suggests that fractioning is a simple technology that could improve the protein quality of germ as well as its color, index of solubility and water absortion.

Keywords: corn germ, fractioning, extractable material.

1 – INTRODUCCION

El germen de maíz constituye aproximadamente del 10 al 14% en peso del grano y es un componente con un alto contenido de grasa (15 a 30%), proteína (10 a 18%) y sales minerales. La proteína del germen es de alta calidad nutritiva y se considera como un suplemento proteínico natural para el endospermo del maíz [4]; es de mejor calidad nutricional que las proteínas del endospermo y está constituída principalmente por albúminas y globulinas con un buen balance de aminoácidos. La calidad de la proteína del germen medida por la relación de eficiencia proteica (PER) es de 2,1 valor comparable al de la proteína de soya [5,6].

En el procesamiento industrial del maíz, este es separado básicamente en sus tres estructuras anatómicas: la capa protectora, el endospermo y el germen. El germen una vez separado es procesado junto con restos de endospermo, cáscara y harinillas, con el fin de prepararlos para la extracción del aceite, se obtiene así el aceite crudo y la torta de germen extraído, este subproducto ha sido tradicionalmente usado en la alimentación animal. El germen de maíz desgrasado podría ser utilizado como un ingrediente en la elaboración de alimentos para consumo humano debido a su contenido en proteínas de buena calidad, las cuales podrían suplementar las proteínas del endospermo (deficiente en lisina y triptofano) del grano de maíz y de los productos de este (hojuelas y harinas) [14].

La principal dificultad para el uso directo de la torta en la formulación para alimentos, es la presencia en ella de las capas externas que constituyen el salvado, lo que afecta las propiedades funcionales del germen, la apariencia y el sabor. Con el fin de evitar estas limitantes, en este trabajo, se trató de eliminar los fragmentos de fibra mediante el fraccionamiento, estudiando como éste tratamiento afecta el rendimiento de las harinas de germen desgrasado y sus características, con la finalidad de recomendar la modificación del proceso de obtención, a los fines de diversificar su uso para utilizarlo en el desarrollo de nuevos productos o para enriquecer los productos tradicionales que se hacen con el endospermo del maíz.

2 – MATERIALES Y METODOS

2.1 – Nomenclatura

Para la realización del presente trabajo se establecieron los siguientes términos:

2.1.1 - Material extraíble (ME)

Es la combinación de cáscara, germen, endospermo y harinillas, siendo el germen el que constituye la mayor proporción; provenientes de distintas corrientes del proceso de degerminación. Es la materia prima rica en grasa que se usa para la extracción del aceite de maíz.

2.1.2 - Germen de maíz desgrasado o torta

Es el producto que queda después de extraer el aceite crudo del material extraíble con hexano comercial y ser desolventizado.

2.1.3 - Germen desgrasado (GD)

Es el germen desgrasado industrialmente.

2.1.4 - Germen desgrasado (GD1)

Es el germen desgrasado obtenido del material extraíble (ME), el cual fue fraccionado mediante tamizado, aspirado, molido y posteriormente fue extraído el aceite a nivel de laboratorio. La torta obtenida fue molida empleando un molino de cuchillas (Thomas Wiley) utilizando una malla con diámetros de abertura de 1mm luego fue tamizado (tamiz 32 mesh); como se aprecia en la Figura 1.

FIGURA 1.
Diagrama de flujo para la obtención de la harina de germen desgrasado a nivel de laboratorio (GD1) a partir de material extraíble (ME).

2.1.5 - Germen desgrasado (GD2)

Es el germen desgrasado (GD) que ha sido sometido a fraccionamiento mediante tamizado (empleando tamices de 10, 12, 32 mesh y fondo), aspirado y molido utilizando un molino de cuchilla (Stein - Mill); como se observa en la Figura 2.

FIGURA 2.
Diagrama de flujo para la obtención de la harina de germen desgrasado a nivel industrial (GD2) a partir de germen desgrasado industrial (GD).

2.2 – Muestreo

2.2.1 - Materia prima

La toma de muestras se realizó antes de que el material extraíble (ME) y el germen desgrasado (GD) fueran ensilados. La toma se efectuó mediante envases plásticos a intervalos regulares del flujo del proceso y depositados en bolsas de polietileno de capacidad 500 g; cada muestreo se hizo previo al tamizado y con material del mismo lote.

2.2.2 - Producto fraccionado

El material extraíble (ME) y el germen desgrasado (GD) fueron sometidos a tamizado con el fin de separar las fracciones de partículas por diferencia de tamaño (Figuras 1 y 2). Para esto se utilizó un conjunto de tamices de laboratorio (ASTM), con diámetro de abertura de 0,90 mm; 0,81 mm y 0,50 mm (tamices Nº 10, 12 y 32 mesh respectivamente) y un vibrador (Silve Shaker). Se utilizaron muestras de 250 g y un tiempo de vibración de 12 minutos a la máxima intensidad del aparato. Se determinó el rendimiento como el porcentaje del material que pasó a través de cada tamiz respecto al peso inicial de muestra.

Después del tamizado se realizó el aspirado empleando un aspirador H.T. Mc Gill, calibrado a 80 voltios y con un flujo de aire en el Nº 1,25 para las fracciones que quedaron sobre los tamices 10 y 12 mesh y en el Nº 0,75 para la fracción que quedó sobre el tamiz 32 mesh. Mediante la corriente controlada de aire se separaron partículas extrañas: cáscara, trozos de tusa y otros en el caso de material extraíble y de pequeños fragmentos de cáscara en el caso de germen desgrasado (GD).

Después del aspirado las fracciones gruesas fueron molidas empleando un molino de cuchillas (Stein-Mill); tanto para el material extraíble (ME) como para el germen desgrasado (GD). El material extraíble (ME) una vez sometido a la extracción de grasa en un equipo Soxhlet (la relación de hexano: mezcla de fracciones utilizada, fue aproximadamente 1:1) fue molido, empleando, un molino de cuchillas (Thomas Wiley).

2.3 – Analisis

Las harinas de germen desgrasado GD1 y GD2 fueron homogeneizadas empleando un divisor de ranuras múltiples, se les evaluó su composición proximal según métodos del AOAC [3]. La determinación del tamaño de partícula se hizo utilizando un conjunto de tamices de laboratorio Tyler con diámetros de abertura de 0,592 mm, 0,417 mm, 0,246 mm y 0,175 mm (tamices Nº 30, 40, 60 y 80 mesh respectivamente) y un vibrador Silve Shaker. Se utilizó una muestra de 100 g y un tiempo de vibración de 10 min a la máxima intensidad del aparato (por triplicado). La granulometría se expresó como el porcentaje del material que pasó a través de cada tamiz respecto al peso inicial de muestra.

El color se determinó, mediante un colorímetro triestímulo Gardner XL-23, para la calibración del aparato se utilizó una placa blanca patrón (XL-23 -137c) y se determinó el porcentaje de luminosidad (blancura) en base al patrón [9]. El índice de absorción y solubilidad en agua se determinó según el método de ANDERSON et al. [2]; La calidad de la proteína fue medida por la Relación de Eficiencia Proteica (PER) según metodología indicada en la AOAC [3]. Estos parámetros también se determinaron para una harina comercial de endospermo de maíz precocida y para la caseína para efectos de comparación. La digestibilidad aparente se determinó según el método de ALLISON [1] y la calidad microbiológica siguiendo los métodos de la ICMSF [10].

3 – RESULTADOS Y DISCUSION

3.1 – Preparación de las harinas GD1 y GD2

Las harinas de germen de maíz desgrasado GD1 y GD2 fueron preparadas de acuerdo a los esquemas diagramados en las Figuras 1 y 2 respectivamente.

Las separaciones de cáscara y de partículas extrañas son deseables para la purificación de las fracciones a ser empleadas en la preparación de la harina de germen desgrasado (GD1); una vez que el material extraíble (ME) fue tamizado, se seleccionaron tres fracciones, las cuales consistieron del material retenido en los tamices Nº 12, 32 y fondo. La fracción retenida sobre el tamiz Nº 10 fue descartada por su alto contenido en partículas tales como trozos de tusa, pedazos de madera y otros, parte de ellos no se lograron eliminar por aspiración.

Las fracciones retenidas en los tamices 12 y 32 se aspiraron. El material aspirado consistió principalmente de pedazos de cáscara; después del aspirado las fracciones fueron combinadas y molidas, el producto fue mezclado con la fracción retenida en el fondo representando el total de estas fracciones, un rendimiento de 68,95% (Tabla 1), luego fue sometido a la extracción de grasa obteniéndose alrededor de 11,89% de grasa. Posterior al desgrasado, el material fue molido con el objeto de reducir el tamaño de las partículas; debido a que el material aún presentaba pequeños pedazos de cáscara y que estos podían introducir oscurecimiento en el color de la harina, se sometió a tamizado empleando un tamiz de 32 mesh.

El rendimiento obtenido para el total de las fracciones residuales provenientes de los tamices 12 y 32 fue de aproximadamente 30,98%, valor considerable que debe ser tomado en cuenta, pues el contenido de grasa de dicha fracción se encuentra alrededor del 10% el cual podría ser utilizado en la elaboración del aceite de maíz y la torta desgrasada enviarla directamente como ingrediente para la elaboración de alimento para animales, así como la fracción residual (2,88 %) obtenida al separar la harina GD1.

Como se muestra en la Figura 1 se obtuvo una fracción fina, la cual después de desgrasada, molida y tamizada dio un rendimiento de 44,76% de harina de germen desgrasado GD1.

Los rendimientos obtenidos para el germen desgrasado (GD) se muestran en la Tabla 2. La fracción residual proveniente de los tamices 10, 12 y 32 (Figura 2), después de aspirar representó el 11,96% y la fracción residual obtenida después de moler y tamizar representó el 9,98% (Figura 2), ambas fracciones podrían ser usadas como ingredientes en la elaboración de alimento para animales.

En cuanto a la harina GD2 se obtuvo un rendimiento de 78,02% (Figura 1) valor superior al obtenido para la harina GD1 que fue de 44,76% (Figura 1). Esto es explicable ya que en el proceso para la obtención de la harina de germen desgrasado (GD1) se obtiene un residual de 30,98 % (Tabla 1) y un 9,42% de fracción gruesa proveniente del tamiz 10 que no formó parte de la fracción fina, mientras que para la obtención de la harina GD2 se comenzó el proceso con material extraíble, el que no es sometido a proceso de purificación (tamizado, aspirado y molido).

3.2 – Características de las harinas GD1 y GD2.

En la Tabla 3 se presenta la granulometría obtenida para las harinas GD1 y GD2; en ambas los resultados obtenidos fueron similares y más del 50% pasó a través del tamiz 80 mesh.

En la Tabla 4 se presenta la composición proximal para el material extraíble (ME), germen desgrasado industrial (GD), harinas de germen desgrasado GD1 y GD2. En cuanto a la proteína la harina GD1 alcanzó un resultado mayor que el material extraíble (ME) (15,10 g/100g y 12,63 g/100g respectivamente) y la harina GD2 mayor que el germen desgrasado (GD) (13,65 g/100g y 12,71 g/100g respectivamente), esto se debe a que al tamizar los materiales, se obtuvo una separación de las partes fibrosas, con el consiguiente aumento en proteínas de los productos tamizados siendo mayor la separación en GD1 que en GD2,reflejándose en el contenido superior de proteína, por tanto la proteína se logró incrementar en 7,40% para la harina GD1 y en 19,56% para la harina GD2.

Mediante el proceso de tamizado, también se pudo reducir el contenido de fibra cruda (celulosa y lignina principalmente) [14] de 7,09 g/100g en el material extraíble (ME) a 4,21 g/100g en la harina GD1, y de 6,56 en el germen desgrasado (GD) a 5,35 g/100g en la harina GD2. Aún cuando la fibra puede tener efecto benéfico en los alimentos, una alta proporción de fibra indica menor valor nutricional debido a que al aumentar la fibra disminuye la digestibilidad [7]. En su mayor parte la fibra no es digerible por los seres humanos [11], es por esto que se hace necesario disminuir su contenido, tamizando el material extraíble (ME) y el germen desgrasado (GD), además que la fibra de la cáscara afecta la apariencia de las harinas. Al eliminar la cáscara mediante el tamizado se produce una variación en la proporción de los componentes, en donde por ejemplo, el contenido de ceniza aumenta de 3,64 en el material extraíble (ME) a 4,77 g/100g en la harina GD1 y de 3,74 en el germen desgrasado (GD) a 4,05 g/100g en la harina GD2.

En cuanto al contenido de carbohidratos (64,86 y 66,02 g/100g) y grasa cruda (0,81 y 0,53 g/100g) en las harinas GD1 y GD2 respectivamente no se encontraron diferencias significativas (a < 0,05).

En la Tabla 5 se muestran los resultados obtenidos para la determinación del color en las harinas de germen desgrasado GD1 y GD2. El valor obtenido se expresó como porcentaje de blancura (90,92 y 85,47% respectivamente).

El color de la harina GD2 es más oscuro (tono pardoso) que el de la harina GD1; esto probablemente se debe a que el germen desgrasado (GD) presenta fragmentos de cáscara y materiales de pigmentación oscura, los cuales para la obtención de la harina GD1 fueron removidos; además puede atribuirse al proceso industrial al cual es sometido el material extraíble para la obtención del germen desgrasado (GD), en donde algunas etapas alcanzan temperaturas de hasta 100°C por 45 min aproximadamente, ocasionando posiblemente que puedan ocurrir ciertas reacciones de pardeamiento no enzimáticas y reacciones de Maillard [8]. También pueden ocurrir reacciones de caramelización y ambos procesos contribuir con la coloración crema que presenta el germen desgrasado. De llevarse a cabo la reacción de Maillard, ella no solo desmejora la presentación del germen desgrasado (GD) y por consiguiente de la harina GD2, sino que también disminuye el valor nutritivo de la misma.

Los valores de índice de absorción de agua (IAA) y de solubilidad en agua (ISA) se muestran en la Tabla 5 comparando los valores obtenidos de IAA para GD1 (3,27 g/g muestra) y GD2 (3,02 g/g muestra) se observa que el valor correspondiente para el germen desgrasado GD1 es superior al señalado para el germen desgrasado GD2, esto se debe a que en GD1 han sido removidos los fragmentos de fibra gruesa que reducen la absorción de agua.

El valor nutritivo, medido como PER (Tabla 6), ligeramente menor en el germen desgrasado industrialmente, posiblemente se deba a los efectos que produce el tratamiento térmico en la torta, cuando es sometida a desolventización, ya que las temperaturas alcanzadas a nivel industrial (en la empresa que facilitó las muestras) son superiores a 100ºC, esto no coincide con lo señalado por WALL, JAMES y CAVINS. [13] quienes indican que el valor nutricional de la proteína de germen no se ve reducida cuando el aceite es extraído con solventes (hecho que sí ocurre cuando el aceite se extrae por otros medios, como el prensado).

El PER obtenido para la harina GD2 fue de 2,57 g de aumento de peso/g de proteína consumida. La torta GD1 obtenida en el laboratorio aparte de ser más blanca (comparada al color pardo de la GD2) presentó un PER mayor (2,84 g de aumento de peso/g de proteína consumida). La diferencia en el color y en el valor nutritivo de la harina GD1 con respecto a la harina GD2, se debe probablemente a que la reacción de Maillard no ocurrió porque la temperatura del proceso fue de 60°C.

De acuerdo con los valores de la Tabla 6, las harinas GD1, GD2 y harina de endospermo precocido tienen un PER de 12,84, 2,57 y 0,16 respectivamente, lo que significa que la harina GD1 tiene una eficiencia proteica de 17,75 veces superior a la harina de endospermo precocido y la harina GD2 tiene una eficiencia proteica de 16,06 veces superior a la harina de endospermo, indicando esto que las proteínas de las harinas de germen desgrasado son de mejor calidad nutricional que las proteínas del endospermo precocido. Los valores obtenidos, representan un 74,7 y 67,6% del valor de la caseína respectivamente. Esto indica que las proteínas del germen no tienen toda la capacidad para suministrar los requerimientos de aminoácidos esenciales al animal, pero los valores son cercanos a lo establecido como adecuado (75% del valor de la caseína) por la WHO/FAO/UNU [15].

En la Tabla 6, también se presentan los valores obtenidos para la digestibilidad de las harinas GD1 y GD2 (87,89 y 86,26% respectivamente) esto era de esperarse, ya que el contenido en fibra en la harina GD2 (5,35 g/100g) es superior al encontrado en la harina GD1 (4,21 g/100g). Una alta proporción de fibra tiene un efecto negativo sobre la digestibilidad de la proteína, esto coincide con lo señalado por Satterlee y Abdul-Kadir [12], por lo tanto las proteínas del germen de maíz son menos digeribles que las de la caseína.

WALL, JAMES y CAVINS [13] y Barbieri y CasiRaghi [4] coinciden en señalar que las etapas de desolventización y tostado de la torta, aunque se llevan a cabo a altas temperaturas, no producen variaciones significativas en la digestibilidad de la proteína. En los resultados obtenidos en este trabajo se observa que la digestibilidad es similar entre el germen extraído industrialmente y el del laboratorio, lo cual podría ser indicativo de que en este parámetro la temperatura no tiene un efecto considerable.

4 – CONCLUSION

Al modificar el proceso industrial de obtención del germen desgrasado se puede obtener una harina de un color más claro, con un mayor contenido de proteína y de mejor calidad nutricional que la harina de endospermo. Estas harinas podrían ser una materia prima no convencional, con un potencial para ser utilizadas tanto en alimentos sólidos como en productos que necesiten una capacidad razonable de absorción y solubilidad en agua.

5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

² Universidad Simón Bolívar. Departamento de Procesos Biológicos y Bioquímicos. Apartado 89.000. Caracas Venezuela.

³ Refinadora de Maíz Venezolana C.A. Turmero Estado Aragua Venezuela.

* A quem a correspondência deve ser enviada.

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• [16] WHO/FAO/UNU Expert Consultation. Technical Report Series Nº 724.
• [17] WHO, FAO and the United Nations University, Geneva, Switzenland, 1985.

¹

Recebido para publicação em 25/06/98. Aceito para publicação em 12/02/99.

Fechas de Publicación

• Publicación en esta colección
  03 Dic 1999
• Fecha del número
  Ene 1999

Histórico

• Recibido
  25 Jun 1998
• Acepto
  12 Feb 1999