Efecto de la nixtamalización sobre las características moleculares del almidón de variedades pigmentadas de maíz

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ISSN (Versión impresa): 0378-1844 VENEZUELA

2004 Edith Agama Acevedo / Marie Astrid Ottenhof / Imad A. Farhat / Octavio Paredes López / Joaquín Ortíz Cereceres / Luis A. Bello Pérez EFECTO DE LA NIXTAMALIZACIÓN SOBRE LAS CARACTERÍSTICAS MOLECULARES DEL ALMIDÓN DE VARIEDADES PIGMENTADAS DE MAÍZ Interciencia, noviembre, año/vol. 29, número 011 Asociación Interciencia Caracas, Venezuela pp. 643-649

Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal Universidad Autónoma del Estado de México

EFECTO DE LA NIXTAMALIZACIÓN SOBRE LAS CARACTERÍSTICAS MOLECULARES DEL ALMIDÓN DE VARIEDADES PIGMENTADAS DE MAÍZ Edith Agama-Acevedo, Marie Astrid Ottenhof, Imad M. Farhat, Octavio Paredes-López, Joaquín Ortíz-Cereceres y Luis A. Bello-Pérez RESUMEN Se estudiaron los almidones aislados de dos maíces pigmentados (negro y azul) y uno blanco como referencia, antes y después del proceso de nixtamalización. El contenido de amilosa aparente fue mayor en los almidones aislados después de la nixtamalización, debido a que el grupo acilo de las antocianinas pudiera estar interaccionando con la amilosa y la nixtamalización rompe este complejo aumentando su concentración. En el almidón aislado del maíz negro nixtamalizado se encontró un color más oscuro. El proceso de nixtamalización produjo una disminución en la concentración de antocianinas que fue mayor en el caso del maíz azul, debido a que a pesar de que las antocianinas en este maíz se encuentran en el endospermo, quedaron más expuestas al ser solubilizadas las proteínas que forman parte de la subaleurona y parte de ellas se perdieron

Introducción El maíz (Zea mays L.) es la planta más domesticada y evolucionada del reino vegetal. Ha sido y continúa siendo parte básica de la alimentación de grandes sectores de la población de varios países de Latinoamérica, principalmente México y Centro América (Billeb y Bressani, 2001). Su origen y evolución han sido un misterio porque el maíz ha llegado a nuestros tiempos altamente evolucionado, sin conocerse formas intermedias.

Existen varios reinos de maíz en el mundo, los cuales presentan múltiples colores, tales como el blanco, amarillo, rojo, morado, café, verde y azul. Estos maíces pigmentados se hallan en las 41 razas de maíz descritas en el país (Ortega et al., 1991). Los colores negros, morados y rojos que presentan se deben a las antocianinas, compuestos que en el grano están en el pericarpio y en la capa de aleurona o en ambas estructuras (Wellhausen et al., 1951; Salinas, 2000). El interés actual por las antocianinas

durante la nixtamalización. El patrón de difracción de Rx en los almidones del maíz sin nixtamalizar y nixtamalizado fue tipo A, con ligeros cambios en la forma y tamaño de los picos. El ordenamiento de corto rango mostró un rearreglo en la estructura cristalina de los almidones de los maíces nixtamalizados azul y blanco, no así en el negro que presentó una disminución en el componente cristalino después de la nixtamalización. Los almidones de los maíces pigmentados nixtamalizados mostraron mayor temperatura de gelatinización, debido al proceso de “anillado” que estabilizó la estructura del polisacárido. La información obtenida puede ser de utilidad en el procesamiento y almacenamiento de los productos elaborados con estos maíces, cuyas antocianinas son consideradas como compuestos nutraceúticos.

se debe a sus posibles beneficios para la salud, ya que son consideradas como antioxidantes naturales (Wang et al., 1997) debido a su capacidad para atrapar radicales libres, los cuales ocasionan daño a biomoléculas (Lee et al., 1997; Stavric, 1994). La nixtamalización es un proceso muy antiguo desarrollado por las culturas Mesoamericanas y aún es utilizado para la producción de tortillas. Actualmente, las tortillas son muy populares en Estados Unidos de Norteamérica, Ca-

nadá y algunos países de Europa (Yau et al., 1994). La nixtamalización produce cambios que mejoran la calidad nutricional del maíz. Se han llevado a cabo diversos estudios sobre los aspectos nutricionales del maíz nixtamalizado y las tortillas, pero son muy pocos los estudios realizados sobre las características moleculares del almidón en el maíz nixtamalizado. Los carbohidratos representan la principal fracción en los cereales, donde alcanzan 50-70% del peso seco del

PALABRAS CLAVES / Almidón / Antocianinas / Maíz Pigmentado / Nixtamalización / Recibido: 14/07/2004. Modificado: 23/10/2004. Aceptado: 26/10/2004

Edith Agama-Acevedo. Ingeniero Bioquímico, Instituto Tecnológico de Acapulco (ITA), México. Maestra en Ciencia en Desarrollo de Productos Bióticos, IPN, México. Estudiante de Doctorado en Ciencia y Tecnología de Alimentos, Universidad Autónoma de Querétaro, México. Profesora, Centro de Desarrollo de Productos Bióticos, IPN. e-mail: [email protected] Marie Astrid Ottenhof. Licenciatura, Maestría y Doctorado en Ciencia de los Alimentos, University of Nottingham

(UN), RU. e-mail: [email protected] Imad A. Farhat. Licenciatura en Química y Maestría en Fisicoquímica de Biosistemas, Universidad de Nantes, Francia. Doctor en Ciencia de los Alimentos, UN, RU. Profesor, UN, RU. e-mail: [email protected] Octavio Paredes-López. Ingeniero Bioquímico y Maestro en Ciencias y Tecnología de Alimentos, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, IPN, México. Maestro en Ingenie-

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ría Bioquímica, Academia Checa de Ciencias. Doctor en Ciencias, Universidad de Manitota, Canadá. Profesor, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (CINVESTAV-IPN), Irapuato, México. e-mail: [email protected] Joaquín Ortiz-Cereceres. Ingeniero Agrónomo, Universidad Autónoma de Chapingo, México. Maestría y Doctorado, Iowa State University, Estados Unidos de Norteamérica. Profesor Emérito del Colegio de Post-

0378-1844/04/11/643-07 $ 3.00/0

graduados, Chapingo, México. e-mail: [email protected] Luis Arturo Bello-Pérez. Ingeniero Bioquímico, ITA, México. Maestro en Ciencias en Bioingeniería y Doctor en Ciencias en Biotecnología de Plantas, CINVESTAV-IPN, Irapuato, México. Profesor, IPN, México. Dirección: Centro de Desarrollo de Productos Bióticos del IPN. Km 8,5 carr. Yautepec-Jojutla, colonia San Isidro, AP 24, 62731 Yautepec, Morelos, México. e-mail: [email protected]

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SUMMARY Starch from two pigmented corn varieties (black and blue) and from white corn (control) were analyzed before and after being subjected to a traditional process termed ‘nixtamalization’. Amylose apparent content was higher in starch obtained from processed corn, as the acyl group of anthocyanins can form a complex after the ‘nixtamalization’ process, this complex is disrupted leading to more amylose. Starch isolated from black processed corn had a darker color. The ‘nixtamalization’ process decreased anthocyanins content, more so in starch from blue corn, because in this pigmented corn, the anthocyanins are present in the grain endosperm and become more exposed as the proteins of the underlying cell layer are solubilized, part of them being lost during processing. The X-ray diffraction

pattern of starch isolated from ‘nixtamalized’ and ‘nonnixtamalized’ corn was of the A-type, with slight changes in the size and form of the peaks. The short-range order showed an arrangement of the crystalline structure in the starch isolated from blue and white processed corns, but the starch from black corn had a decreased value in the crystallinity after ‘nixtamalization’. The gelatinization temperature in starches from processed pigmented corn was higher than the non-processed counterpart due to annealing that stabilizes the polysaccharide structure. The information obtained can help understand the underlying phenomena taking place during processing and storage of products prepared from these corns, whose anthocyanins are considered nutraceutical components.

RESUMO Estudaram-se os amidos isolados de dois milhos pigmentados (preto e azul) e um branco como referência, antes e depois do processo de nixtamalização. O conteúdo de amilose aparente foi maior nos amidos isolados depois da nixtamalização, devido a que o grupo acilo das antocianinas pudese estar interaccionando com a amilose e a nixtamalização rompe este complexo aumentando sua concentração. No amido isolado de milho preto nixtamalizado encontrou-se uma cor mais escura. O processo de nixtamalização produziu uma diminuição na concentração de antocianinas que foi maior no caso do milho azul, devido a que a pesar de que neste milho as antocianinas encontram-se no endospermo, ficaram mais expostas ao ser as proteínas que formam parte da subaleurona e parte delas se

grano. Aproximadamente 8689% del endospermo del maíz es almidón que se encuentra organizado en partículas discretas conocidas como gránulos, cuya morfología, tamaño y características moleculares son propias de cada especie botánica (French, 1984). Químicamente el almidón es un polímero de glucosa y está compuesto de dos macromoléculas de diferentes estructuras: la amilosa que es el componente esencialmente lineal y la amilopectina que es el componente ramificado. Dentro de los gránulos, el almidón se encuentra en un arreglo semicristalino, en que el carácter cristalino se debe al ordenamiento de las cadenas de amilopectina, así como también a su longitud (Robin et al., 1974; Hizukuri, 1986; Oates, 1997); en el caso del almidón de maíz, este arreglo produce un patrón de difracción de rayos X denominado tipo A. El modelo propuesto para este tipo de estructura

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esta basado en el empaquetamiento de las dobles hélices, en las que cada giro de ellas está formado por seis moléculas de glucosa y forman un arreglo monoclínico que puede unir dentro de esta estructura hasta 36 moléculas de agua (Imberty et al., 1988). En productos a base de maíz como tortillas, botanas, cereales para desayuno, postres, etc., el almidón tiene un papel muy importante en las propiedades fisicoquímicas, funcionales y nutricionales. Debido a la cantidad de almidón que se encuentra en el maíz y que en el caso de los maíces pigmentados no hay estudios reportados de la caracterización de su almidón, lo cual es importante para poder explicar el comportamiento durante el procesamiento y almacenamiento de los productos elaborados con estas variedades, el objetivo del presente estudio fue aislar el almidón presente en dos variedades pigmentadas y una

perderam durante a nixtamalização. O padrão de difração de Rx nos amidos de milho sem nixtamalizar e nixtamalizado foi tipo A, com leves mudanças na forma e tamanho dos picos. O ordenamento de curta faixa mostrou um rearranjo na estrutura cristalina dos amidos dos milhos nixtamalizados azul e branco, não assim no preto que apresentou uma diminuição no componente cristalino depois da nixtamalização. Os amidos dos milhos pigmentados nixtamalizados mostraram maior temperatura de gelatinização, devido ao processo de “anelado” que estabilizou a estrutura do polissacárido. A informação obtida pode ser de utilidade no processamento e armazenamento dos produtos elaborados com estes milhos, cujas antocianinas são consideradas como compostos nutracêuticos.

variedad de maíz blanco (con propósitos de comparación) y evaluar sus características morfológicas y moleculares usando diferentes técnicas instrumentales. Materiales y Métodos Obtención de las harinas Las semillas de maíces pigmentados (negro y azul), así como una variedad blanca (control), fueron generadas en un programa de mejoramiento genético del Colegio de Postgraduados de Chapingo, México. Los granos fueron molidos en un molino comercial (Mapisa Internacional, México) hasta un tamaño de partícula que pasara la malla 50 U.S. y la harina fue almacenada en frascos de vidrio a 25ºC. Nixtamalización del maíz Se uso un método tradicional para la nixtamalización del grano de maíz. Se pesa-

ron 5kg del maíz y se mezcló con 15 litros de solución de hidróxido de calcio al 1% en base al peso del grano. El maíz se coció durante 4045min a ebullición y se dejó reposar en el mismo recipiente de cocción por 16h. Se eliminó la solución del cocimiento conocida como “nejayote” y el nixtamal se lavo de 3-4 veces con agua corriente para eliminar el exceso de salvado y del hidróxido de calcio residual. Se utilizó un molino de piedras para moler el nixtamal y elaborar la masa. Aislamiento del almidón La masa y la harina fueron molidas por separado con etanol 96% en una licuadora casera a baja velocidad por 1min. La mezcla fue centrifugada a 3000g por 20min; la fase acuosa de etanol fue eliminada y el residuo sólido fue secado en una estufa a 50ºC por 30min y molido en un molino casero para moler

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granos de café. A partir de esta etapa se siguió el mismo método usado para aislar el almidón apartir de las harinas crudas de maíz, descrito anteriormente.

TABLA I CONTENIDO DE ALMIDON TOTAL, AMILOSA APARENTE Y ANTOCIANINA TOTAL EN ALMIDONES DE MAÍCES PIGMENTADOS SIN NIXTAMALIZAR (ASN) Y NIXTAMALIZADOS (AN) Muestra

Mediciones Almidón. Para verificar la pureza del almidón aislado se cuantificó el contenido de almidón total por el método enzimático de Goñi et al. (1997). Amilosa total. Se cuantificó mediante el método colorimétrico de Hoover y Ratnayake (2002). Color. Se determinó usando el colorímetro Hunter-Lab, obteniendo los valores de L*, a* y b* (Francis, 1987). Estas coordenadas cartesianas fueron convertidas a coordenadas cilíndricas C* y h, mediante las ecuaciones C*= { (a*)2 + (b*)2}0,5 h= arc tan b*/a* donde la coordenada C* da información precisa de la saturación de las muestras y h indica la tonalidad mediante el cuadrante en el que se encuentra la muestra en el diagrama de cromaticidad (Francis, 1987). Antocianinas. Fueron determinadas por el método de Abdel-Aal y Hucl (1999). Para ello se pesó 1g de muestra que fue tamizada en malla 100 U.S., se añadieron 25ml de etanol acidificado (85:15v/ v de etanol/HCl 1N). Se ajustó el pH a 1, agitando posteriormente durante 15min a temperatura ambiente. Se centrifugó a 27200g por 15min y el sobrenadante se aforó a 50ml con etanol acidificado. Se leyó la absorbancia a 520nm. Se usó una curva de calibración preparada a partir de pelargonidina clorada (Sigma Chemical). Microscopía de luz. Se colocó una pequeña cantidad de almidón en un portaobjeto, se mezcló con una gota de agua destilada y se colocó un cubreobjeto. Los gránulos de almidón fueron observados en un microscopio (Leitz) con luz normal y luz polarizada.

Azul Negro Blanco

Almidón ASN 73,48 ±0,54a 79,20 ±0,59b 66,21 ±0,40c

total (%) AN 82,46 ±0,40a 82,83 ±0,40a 81,05 ±0,57b

Amilosa aparente(%) ASN AN 20,37 ±0,33b 31,06 ±0,34a 22,35 ±0,65a 30,02 ±0,45b 27,20 ±0,43c 26,87 ±0,30c

Antocianina total (mg/100g) ASN AN 29,15 ±1,44a 2,10 ±0,01a 10,07 ±1,76b 3,09 ±0,05b — —

Letras diferentes en la columna, indican diferencias estadísticamente significativas para p≤0,05. Media de tres repeticiones ± error estándar

Difracción de rayos X. El almidón fue colocado en el portamuestra de un difractómetro de rayos X (Bruker D5005) de ángulo ancho equipado con una fuente de cobre operado a 40KV y 30mA, produciendo una radiación de CuKα con λ= 1,54Å. Los datos fueron colectados en un intervalo de 4-38º con pasos de 0,1º con una velocidad de barrido de 60s/º. La línea base del difractograma fue corregida en el intervalo de barrido y el vector fue normalizado utilizando el software OPUS 3.0 (Bruker) antes de calcular el índice de cristalinidad. Espectros de infrarrojo medio. Fueron obtenidos con un espectrofotómetro infrarrojo (Bruker) equipado con un detector DTGS y una celda térmica de simple reflectancia con un cristal de diamante (Graseby-specac Ltd.). Se utilizó una cubierta sellada de zafiro con un anillo de goma con la finalidad de minimizar las pérdidas de humedad durante las mediciones. Para cada muestra se colectaron 32 barridos con una resolución de 4cm -1 y entonces agrupados. Cada muestra se hizo por cuadruplicado, con la finalidad de eliminar el error experimental. Antes de iniciar los experimentos con las muestras, se hizo una corrida con la celda abierta con la finalidad de observar que no existieran variaciones en la intensidad del equipo. El análisis de datos se llevó a cabo usando el software OPUS 3.0 (Bruker). Para el análisis de la región de carbohidratos del espectro (1200-800cm -1 ) se

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hizo una corrección de la línea base usando un solo punto a 1900cm-1. El espectro fue deconvulado (Kauppinen et al., 1981) en la región mencionada, donde la forma de la línea asumida fue tipo Lorente con un factor de deconvolución de 750 y un factor de reducción de ruido de 0,2. Calorimetría diferencial de barrido. Ésta se utilizó para estudiar la temperatura y entalpía de gelatinización de los almidones mediante un calorímetro DSC 7 (Perkin Elmer), el cual fue calibrado con In y ciclohexano. Se pesó el almidón (9-11mg en base seca) en recipientes de acero inoxidable, se adicionó agua destilada (aproximadamente 3 veces más que el peso del almidón) para crear un exceso de agua. Los recipientes fueron sellados herméticamente y colocados en un agitador rotatorio durante toda la noche para que las muestras se hidrataran completamente antes de realizar el análisis en el equipo. Las muestras se calentaron en el calorímetro desde 0 a 130ºC a una velocidad de 10ºC/min, y un recipiente vacío fue usado como referencia. Las muestras fueron analizadas por triplicado. Resultados y Discusión Almidón total El contenido de almidón total se muestra en la Tabla I. El almidón aislado del maíz nixtamalizado (AN) presentó valores mayores en comparación con los almidones aislados del maíz sin nixtamalizar (ASN). Gonzá-

lez-Alquinzones (1995) reportó que en la superficie del endospermo bajo la capa de aleurona existe una capa densa de células (subaleurona) con 28% de proteínas, la cual dificulta la purificación del almidón durante la molienda húmeda. Durante el proceso de nixtamalización, se solubilizan parte de las proteínas que rodean los gránulos de almidón, de forma que el almidón queda libre al momento de aislarlo. Por otra parte está el efecto de concentración, dado que se pierde parte de la fibra, proteínas y azucares solubles del grano, y algunos lípidos se saponifican. Además, durante la molienda del nixtamal las células del endospermo se rompen permitiendo un mejor aislamiento (Gómez et al., 1991). Amilosa aparente El contenido de amilosa aparente incrementó en los almidones de maíces pigmentados después de la nixtamalización (Tabla I), obteniéndose para los ASN valores de 20 y 22% y en los AN de 31 y 30%, para el azul y negro, respectivamente. Este aumento puede deberse a que la amilosa de podría estar formando algún tipo de interacción química con el grupo acilo de la antocianina, ya que se reportó que el enlace éster que une al radical acilo con las antocianinas es inestable a pH alcalino (Salinas-Moreno et al., 2003), por lo que podría romperse, liberando radical acilo y éste ser saponificado durante el proceso térmico alcalino, por lo que la amilosa libre de esta interacción está disponible

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para poder formar un complejo con el yodo, aumentando así el porcentaje de amilosa aparente en los AN. En el caso de los ASN y AN aislados del maíz blanco el contenido de antocianina no varió. En general, estos almidones podrían considerarse como normales en base al contenido de amilosa. El papel que juega la amilosa es de gran importancia, ya que de este componente dependen los procesos de gelificación y retrogradación del almidón, lo cual va a tener repercusiones en las propiedades de textura y nutricionales de los productos.

maíces azul y negro tuvieron valores de 29,15 y 10,07 mg/ 100g, respectivamente. Estos valores son mayores a los encontrados para los AN (Tabla I). El almidón de maíz azul, presentó mayor contenido de antocianina total que el del maíz negro, ya que en el grano del maíz azul los pigmentos se encuentran en el pericarpio, capa de aleurona y la mayoría en el endospermo, por lo que muchos de estos se aislaron junto con el almidón. El bajo contenido de antocianina total en los AN se debe por un lado a que estos pigmentos son hidrosolubles,

TABLA II VALORES DE L*, a*, b* Y h EN ALMIDONES DE MAÍCES PIGMENTADOS SIN NIXTAMALIZAR (ASN) Y NIXTAMALIZADOS (AN) Parámetro/Muestra

Azul

Negro

Blanco

ASN L* a* b* h

82,03 3,14 -3,22 334

±0,04a ±0,02a ±0,01a ±0,00a

82,89 3,01 0,09 1,71

±0,03b ±0,02b ±0,01b ±0,00b

94,45 -0,85 4,15 11,53

±0,07c ±0,01c ±0,03c ±0,13c

AN L* a* b* h

88,75 -0,03 -3,04 89,52

±0,05a ±0,02a ±0,03a ±0,29a

77,20 4,63 4,91 46,66

±0,07b ±0,01b ±0,02b ±0,00b

96,05 -0,74 0,90 129

±0,05c ±0,02c ±0,00c ±0,58c

Letras diferentes en las filas, indican diferencias estadísticamente significativas (p≤0,05). Media de tres repeticiones ± error estándar

Color Los valores de L*, a* y b* se muestran en la Tabla II. Los AN blanco y azul presentaron mayor luminosidad que los ASN. Se encontraron diferencias en la tonalidad entre los almidones, pero el valor de la saturación disminuyó en las muestras sin nixtamalizar, de 4,23 a 1,16 en el blanco y de 4,50 a 3,04 en el azul. Sin embargo, los almidones de las muestras de maíz negro presentaron una tendencia inversa, por lo que el proceso de nixtamalización en el caso de este grano provocó un oscurecimiento; cambió la tonalidad de rojo en el ASN al rojo-naranja en el AN, y en este último la saturación aumentó. En el caso de harinas de maíz nixtamalizadas se ha reportado que el color está asociado con el patrón de antocianinas presentes en la muestra y posiblemente a la protección que el pericarpio pudiera proporcionar a los pigmentos; también se reportó que los mejores maíces para la elaboración de productos nixtamalizados son aquellos que presenten menor cambio en el valor de a* una vez nixtamalizados (Salinas-Moreno et al., 2003).

a

a

b

b

c

c

Antocianina total Las muestras analizadas presentaron diferencias significativas en el contenido de antocianinas. Los ASN de los

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Figura 1. Microscopía de luz polarizada de almidones aislados de maíces pigmentados. a: maíz negro, b: maíz azul, c: maíz blanco. Escala: 20µm.

Figura 2. Microscopía de luz polarizada de almidones aislados de maíces pigmentados nixtamalizados. a: maíz negro, b: maíz azul, c: maíz blanco. Escala: 20µm.

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por lo que durante la nixtamalización, gran cantidad se solubilizan en el agua de cocimiento, aunado a esto, a pH y temperatura extremas se ocasiona degradación de los pigmentos. El contenido de antocianinas fue mayor en el AN del maíz negro, ya que al nixtamalizarlo el pericarpio de este grano quedó casi intacto, a diferencia del maíz azul donde los pigmentos están en el endospermo y se esperaría que se mantuvieran después de la nixtamalización, pero estos quedaron más expuestos al ser solubilizadas las proteínas que forman parte de la

de malta bien definida en los gránulos de almidón, lo que indica que existe un alto nivel de organización molecular por el arreglo ordenado en forma radial de las cadenas de amilosa y amilopectina. Los AN mostraron un gránulo con mayor tamaño que los ASN, lo cual se debe al hinchamiento del granulo de almidón durante el proceso de nixtamalización, pero sin llegar a la gelatinización, lo cual hubiera provocado desorganización de la estructura del almidón. Durante el proceso de nixtamalización, al cocer el grano en una solución alcalina, princi-

Figura 3. Patrones de difracción de rayos X de almidones aislados de maíces pigmentados.

subaleurona y buena parte de ellos se perdieron durante la nixtamalización. En el caso del maíz negro los pigmentos están en el pericarpio, que quedó casi intacto después del proceso de nixtamalización, además de que posiblemente el maíz negro tiene un mayor contenido de antocianinas aciladas que deriven de petudinina como por ejemplo la petanina que son más estables a la nixtamalización (Fossen et al., 1998). Sin embargo, son necesarios más estudios sobre una caracterización química de las antocianinas de estos maíces. Microscopía de luz polarizada La forma de los gránulos fue esférica, con tamaños que estuvieron entre 3 y 20µm. Tanto las muestras de almidones sin nixtamalizar (Figura 1) como los nixtamalizados (Figura 2) mostraron birrefringencia, observándose una cruz

palmente se desprende el pericarpio del grano y durante el remojo difunde agua hacia el endospermo. Sin embargo, conforme la temperatura va disminuyendo los gránulos de almidón no son gelatinizados, más bien sufren el fenómeno de “anillado”, que consiste en un rearreglo de la estructura del almidón, que ocurre a temperaturas ligeramente menores a la temperatura de gelatinización, ocasionando que la estructura de la amilosa cambie ligeramente pero no así la de la amilopectina. Por ello los gránulos de almidón al ser observados bajo la luz polarizada aun conservan la cruz de malta. Robles et al. (1988) sugieren que la estructura casi integra del almidón que ha sido nixtamalizado se debe a que los iones Ca +2 estabilizan la estructura del gránulo del almidón. Un estudio en maíz nixtamalizado mostró que en la masa los gránulos de almidón tuvieron

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una cruz de malta difusa y tendieron a formar agregados; por otro lado, se observaron algunos gránulos de almidón que no mostraban la cruz de malta, lo que puede deberse a que en los gránulos que se encuentran en las capas más externas del endospermo la temperatura es suficiente para llevar a cabo su desorganización (Campus-Baypoli et al., 1999). Gómez et al. (1992) reportaron que en masas del 4-7% de los gránulos de almidón perdieron su birrefringencia. Difracción de rayos X Los almidones estudiados mostraron un patrón de difracción de rayos X del tipo A (Figura 3), el cual es típico en los almidones aislados de cereales, pero se encontraron diferencias en los tamaños de los picos, lo cual fue puesto de manifiesto cuando se calculó el nivel de cristalinidad. El almidón de maíz negro tuvo una cristalinidad de 32 ±0,9%, el azul de 26 ±0,5% y el blanco de 22 ±1,6%. Cuando el maíz fue nixtamalizado, se siguió observando el patrón de difracción característico de los almidones de cereales, pero se encontraron ligeros cambios en el tamaño y forma de los picos (Figura 2), debido al desarreglo de la estructura cristalina con la cocción del grano de maíz. Un aspecto interesante en los almidones de los maíces nixtamalizados es que el pico a 2θ= 20º se incrementó en tamaño, lo cual según Yoo y Jane (2002) se debe al complejo amilosa-lípidos, lo cual hizo que en el caso de los almidones aislados de los maíces azul y blanco, el porcentaje de cristalinidad no disminuyera (28,9 ±0,5 y 23,0 ±1,1%, respectivamente). El valor de cristalinidad para el almidón del maíz negro nixtamalizado disminuyó a 24,5 ±0,7%. Esto puede ser debido a que la gran cantidad de antocianinas presentes en el pericarpio interaccionan con el Ca2+ y se evita que éste reaccione con los grupos -OH del

almidón y no se estabiliza la estructura, gelatinizando en mayor grado y por lo tanto perdiendo parte de la estructura cristalina. Este factor es importante de tomar en consideración en el momento de la nixtamalización de este tipo de maíz, ya que se puede producir una masa con características no adecuadas para la preparación de las tortillas. El nivel de cristalinidad puede ser importante cuando los productos a base de almidón o con alto contenido de almidón son almacenados, ya que durante el almacenamiento se presenta el fenómeno de retrogradación del almidón, que modifica las propiedades de textura y nutricionales de dichos productos. Los almidones de maíz con mayor cristalinidad pueden retrogradar a mayor velocidad (Yuan et al., 1993) o producir estructuras que son más resistentes a la hidrólisis por las enzimas digestivas (Rendón-Villalobos et al., 2002). Espectroscopía infrarroja La información obtenida con esta técnica esta relacionada con el ordenamiento de corto rango en la molécula de almidón (Sevenou et al., 2002). Los espectros del almidón del maíz azul nativo y nixtamalizado se muestran en la Figura 4 con la finalidad de observar las tendencias. Como se mencionó, dentro del almidón se tienen una región amorfa y una cristalina, y la cantidad de cada una de ellas es importante para predecir el comportamiento de este polisacárido cuando esta siendo procesado; por ejemplo, durante el procesamiento térmico o para conocer cual será el comportamiento de los productos que contienen almidón cuando son almacenados. La relación de las absorbancias (bandas) a 1022:1045cm-1 se utilizó para representar el orden presente en los almidones. La banda a una λ de 1045cm-1 está relacionada con la región cristalina u ordenada (Smits et al., 1998) y la banda a 1022cm-1 lo está con el

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TABLA III GELATINIZACIÓN DE ALMIDONES AISLADOS DE MAÍCES PIGMENTADOS MEDIDA POR CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO* Muestra

ASN AN Tp ∆H (J/g) Tp ∆H Maíz azul 73,1 ±0,26a 19,0 ±0,14ba 76,7 ±0,8b 17,0 Maíz negro 72,8 ±0,08a 18,9 ±0,1a 77,9 ±0,14a 18,7 Maíz blanco 73,3 ±0,08a 18,5 ±0,0b 74,3 ±0,6c 11,3

Figura 4. Espectros de infrarrojo de almidones aislados de maíces pigmentados.

componente amorfo (van Soest et al., 1995). Los valores obtenidos para esta relación fueron de 1,47; 1,46 y 1,37 para los almidones nativos de maíz negro, azul y blanco, respectivamente. Cuando se estudiaron los almidones de los maíces nixtamalizados, las relaciones fueron 1,44; 1,57 y 1,55 respectivamente. Estos resultados coinciden con el nivel de cristalinidad encontrado por rayos X, ya que el almidón del maíz negro nixtamalizado mostró una disminución. En el caso de los valores para los almidones de maíces azul y blanco se observó un incremento en comparación con los obtenidos del almidón nativo. Esto pone de manifiesto que el proceso de nixtamalización produjo interacciones en la estructura del almidón que incrementaron el nivel de cristalinidad, lo cual pudo deberse a la formación del complejo amilosa-lípidos, como fue observado por rayos X. La diferencia encontrada en el ordenamiento de corto rango entre las muestras nativas y nixtamalizadas, podría tener influencia en algunas de las propiedades fisicoquímicas, funcionales y de digestibilidad de los productos elaborados con los maíces pigmentados nixtamalizados.

se debió a la estabilización de la estructura por los iones Ca 2+ durante la nixtamalización (Tabla III). En el caso de la entalpía para los almidones de maíces nixtamalizados, no se observaron cambios en los maíces negro y azul al compararlos con la muestra nativa (sin nixtamalizar). Este comportamiento puede deberse a que a pesar de que la nixtamalización estabilizó la estructura del almidón e incrementó su temperatura de gelatinización, como se pudo observar por microscopia, hubo algunos gránulos que perdieron su birrefringencia y eso pudo compensar el valor de la energía necesaria para llevar a cabo la gelatinización del almidón. Para el maíz blanco nixtamalizado se encontró un valor menor de entalpía comparado con su respectiva muestra sin nixtamalizar. Este resultado mostró una menor estabilidad de la estructura ocasionada por la nixtamalización, aunque con las técnicas de microscopía, difracción de rayos X y espectroscopia no se pudieron notar esas diferencias. Estudios que muestren la longitud promedio de las cadenas de la amilopectina en estos almidones, podrían ayudar a explicar este comportamiento.

Calorimetría diferencial de barrido

Conclusiones

En el caso de los almidones de los maíces nixtamalizados, la temperatura de gelatinización incrementó, lo cual

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El contenido de almidón total en los ASN fue menor que en las AN. El porcentaje de amilosa incrementó en los AN de los maíces pigmenta-

(J/g) ±2,9a ±2,6a ±0,25b

Letras diferentes en la columna, indican diferencias estadísticamente significativas (p≤0,05). Media de tres repeticiones ± error estándar Tp : temperatura promedio de gelatinización; ∆H(J/g): entalpía de gelatinización por gramo de almidón, base seca.

dos. El proceso de nixtamalización oscureció el almidón aislado del maíz negro pero intensificó la tonalidad rojonaranja, cambios de color que están asociados al contenido de antocianinas que quedaron en el almidón. Los almidones mostraron formas esféricas, los ASN presentan un tamaño de granulo menor a los AS, ya que durante el proceso de nixtamalización éstos fueron hinchados. La microscopia mostró que existen estructuras intactas que no sufrieron mayores daños con el proceso térmico alcalino, debido probablemente a que el almidón interacciona con los iones Ca 2+ , lo cual incrementó la temperatura de gelatinización medida por calorimetría diferencial de barrido. Los almidones aislados de los maíces nixtamalizados mostraron ligeros cambios en el tamaño y forma de los picos, pero siguieron conservando su patrón de difracción tipo A característico de los almidones de cereales. En el caso del maíz negro se encontró una disminución en el nivel de cristalinidad después de la nixtamalización, medido por espectroscopia infrarroja, no así en los maíces azul y blanco, que tuvieron un incremento en el nivel de cristalinidad después de este proceso. Estos estudios podrían ayudar a conocer el comportamiento del almidón en los maíces pigmentados durante el procesamiento y almacenamiento, y por lo tanto sugerir las mejores aplicaciones de estos maíces,

cuyo consumo se está incrementado. AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen el apoyo económico de la CGPIIPN y COFAA-IPN. Uno de los autores (EAA) agradece el apoyo económico al CONACYT. REFERENCIAS Abdel-Aal ESM, Hulc P (1999) A rapid method for quantifying in total anthocyanins in blue aleurone and purple pericarp wheats. Cereal Chem. 76: 350354. Billeb de Sinibaldi AC, Bressani R (2001) Características de cocción de once variedades de maíz. Arch. Latinoam. Nutr. 51: 86-94. Campus-Baypoli ON, Rosas-Burgos EC, Torres-Chávez PI, Ramírez-Wong B, Serna-Saldívar SO (1999) Physicochemical changes of starch during maize tortilla production. Starch/ Stärke 51: 173-177. Fossen T, Cabrita L, Andersen OM (1998) Colour and stability of pure anthocyanins influenced by pH including the alkaline region. Food Chem. 63: 435440. Francis FJ (1987) Food Colorimetry: Measurement and interpretation. En Jowitt R, Escher F, Kent M, McKenna B, Roques M (Eds.) Physical Properties of Foods. Elsevier Applied Science. New York, EEUU. pp. 237-249. French D (1984) Organization of starch granules. In Starch: Chemistry and Technology. Academic Press. New York, EEUU. pp. 183-247. Gómez MH, Waniska RD, Rooney LW (1991) Starch characteriza-

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