PROPIEDADES FUNCIONALES DE LAS HARINAS DE LEGUMINOSAS (Phaseolus vulgaris Y Cajan cajan) GERMINADAS

Elba Sangronis, Carlos Machado y Rita Cava

Elba Sangronis. Licenciada en Farmacia, Universidad Central de Venezuela (UCV). Ph.D. en Ciencias de los Alimentos, Universidad Simón Bolívar (USB), Venezuela. Profesor, USB. Dirección: Departamento de Procesos Biológicos y Bioquímicos, USB. Apartado 89000, Caracas 1080A, Sartanejas, Baruta, Venezuela. e-mail: esangron@usb.ve

Carlos Machado. Licenciado en Educación, Universidad Católica Andrés Bello, Venezuela. Magíster en Ciencia de los Alimentos, USB

Rita Cava. Licenciada en Ciencias Biológicas, Universidad de Murcia, España. Magister en Ciencia y Tecnología de los Alimentos, UCV.

Resumen

En este estudio se evaluaron propiedades funcionales dependientes de las proteínas como son: solubilidad proteica, capacidad de absorción de agua, capacidad de absorción de grasa, capacidad espumante, gelificación y capacidad emulsificante de la harina de granos germinados de Phaseolus vulgaris L. y Cajanus cajan (L.) Millsp. Con fines comparativos se analizó la harina de granos crudos. La solubilidad proteica mejoró en un 20 a 77%, la capacidad de absorción de agua en un 10 a 66%, la capacidad de absorción de grasa en un 9 a 47% y dicho aumento fue mayor a 70ºC. La capacidad espumante fue la propiedad funcional que más se incrementó por efecto de la germinación (39 y 179%). Los resultados fueron siempre dependientes del pH. Los geles de harinas de germinados fueron débiles pero se formaron a concentraciones menores que la de harina de granos crudos. La capacidad emulsificante se incrementó en un 4 a 47%, a pH mayores del punto isoeléctrico. Los resultados indican que la harina de granos germinados puede recomendarse en la elaboración de productos horneados, salchichas o postres, en los cuales se requieran propiedades como las estudiadas, de esta manera, el uso del P. vulgaris y C. Cajan como ingrediente en el desarrollo de nuevos productos se diversificaría.

Summary

In the study, the functional protein dependent properties such as protein solubility, water absorption capacity, fat absorption capacity, foaming capacity, gel formation, and emulsifying capacity of the germinates flour were evaluated. For comparative reasons, raw flour grains of the P. vulgaris L. and C. cajan (L.) were also analyzed. The protein solubility improved in a range of 20-70%, the water absorption capacity between 9% and 47% and such increase was higher at 70ºC. The highest improvement as an effect of the germination process was observed in the foaming capacity (between 39% and 179%). Results were pH dependent. The germinated flour gels were weak but developed at minor concentrations compared to the gel formed with uncooked grain flour. The emulsifying capacity increased between 4% and 47%, at pH levels higher than the isoelectric point. The results indicate that the germinated grain flour could be recommended as an ingredient of baked products, sausages or desserts, which require properties such as the ones studied, therefore, the use of the P. vulgaris and C. cajan as an ingredient for the development of new products can be diverse.

Resumo

Neste estudo avaliaram-se propriedades funcionais dependentes das proteínas como são: solubilidade proteica, capacidade de absorção de água, capacidade de absorção de gordura, capacidade espumante, gelificação e capacidade emulsificante da farinha de grãos germinados de Phaseolus vulgaris L e Cajanus cajan (L.) Millsp. Com fins comparativos analisou-se a farinha de grãos crus. A solubilidade proteica melhorou de 20 a 77%, a capacidade de absorção de água de 10 a 66%, a capacidade de absorção de gordura de 9 a 47% e dito aumento foi maior a 70 ºC. A capacidade espumante foi a propriedade funcional que mais se incrementou por efeito da germinação (39 e 179%). Os resultados foram sempre dependentes do pH. Os geis de farinhas de germinados foram fracos mas, se formaram a concentrações menores que a de farinha de grãos crus. A capacidade emulsificante incrementou-se de 4 a 47%, a pH maiores do ponto isoeléctrico. Os resultados indicam que a farinha de grãos germinados pode recomendar-se na elaboração de produtos preparados no forno, salsichas ou sobremesas, nos quais se requerem propriedades como as estudadas, desta maneira, o uso do P. vulgaris e C. Cajan como ingrediente no desenvolvimento de novos produtos se diversificaria.

PALABRAS CLAVE / Propiedades Funcionales / Leguminosas / Germinación / Granos / Phaseolus / Cajan /

Recibido: 15/09/2003. Modificado: 23/01/2004. Aceptado: 26/01/2004.

Introducción

Existen más de 1300 especies de leguminosas, pero sólo unas 20 son parte de la dieta humana (McRae et al., 1993). Entre las ventajas del consumo de leguminosas está su alto contenido de proteína, lo que es importante para los pueblos pobres donde la disponibilidad de proteína animal es precaria. El bajo contenido de aminoácidos azufrados de la proteína de las leguminosas requiere ser complementada con cereales para mejorar el perfil de la proteína dietaria. Adicionalmente, las leguminosas son fuentes de compuestos beneficiosos que tienen un efecto protector en el desarrollo de enfermedades como son diversos tipos de cáncer, hipercolesterolemia, diabetes, osteoporosis, etc. (Parr y Bolwell, 2000). En África y en Latinoamérica, el Phaseolus vulgaris es la leguminosa más consumida, generalmente como granos enteros cocidos, y se le conoce con diversos nombres, en Venezuela como caraotas negras, blancas o rojas según sea su cubierta externa. Otra leguminosa de interés es el quinchoncho o Cajanus cajan, cuyo aporte proteico es de hasta 32,5% (Singh et al., 1990) comparada con el Phaseolus que contiene entre 20-28%. El contenido de proteínas no es solo importante por el valor nutricional que le imparte al alimento sino que como constituyente, las proteínas le confieren propiedades funcionales que van a determinar el uso de dicho alimento en una formulación (Sgarbieri, 1998).

Hoy en día se aplican nuevas tecnologías o se combinan varias de ellas para obtener ingredientes con excelente calidad, igual o mejor valor nutricional y en lo posible, con diferentes propiedades funcionales para el desarrollo de productos en la industria alimentaria. La germinación es una alternativa económica para procesar leguminosas, la cual modifica las proteínas, puede incrementar las vitaminas del complejo B y la C, y mejorar la digestibilidad de los carbohidratos, entre otros cambios; en consecuencia, se obtienen granos germinados con mejor valor nutricional y diferentes características sensoriales y funcionales (Ahmad y Pathak, 2000). De allí que la germinación se perfila como un proceso útil para modificar ciertas propiedades de las leguminosas y redefinir su uso como posible ingrediente en la formulación de productos. Las propiedades de hidratación, emulsificación, formación de espuma, gelificación, viscosidad, absorción de agua y aceite, solubilidad, dispersabilidad, sabor, formación de filmes, entre otras, son las propiedades funcionales que definen la aplicabilidad de un ingrediente (Sathe et al., 1984).

En el presente estudio se evalúa el efecto de la germinación en algunas propiedades funcionales en harinas de los granos germinados de Phaseolus vulgaris L. y C. cajan con el objeto de ampliar su uso como posible ingrediente en nuevos productos.

Materiales y Métodos

Muestras

Se emplearon granos de P. vulgaris L. variedades oscura y blanca, y de C. cajan (L.) Millsp. Los tres tipos de granos fueron adquiridos en el mercado local.

Germinación

Los granos fueron desinfectados en una solución de hipoclorito de sodio al 1% por 20min, se enjuagaron y se remojaron en agua destilada (1:3 p/v) por 5h. Después de drenar el exceso de agua, los granos se escurrieron y colocaron en bandejas de aluminio con orificios y se germinaron a 25 ±2ºC en la oscuridad, y se humectaron diariamente con agua destilada para mantener una hidratación adecuada. La germinación se detuvo a los 5 días (Machaiah, 1999).

Preparación de la harina

Los granos germinados se secaron en una estufa con ventilación forzada a 60ºC, y se molieron a una granulometría de 1mm. Las harinas se almacenaron en frascos de vidrio herméticamente tapados a temperaturas de refrigeración hasta su uso. Con fines comparativos, se prepararon harinas a partir de los granos crudos.

Análisis

Proteínas. El N₂ se determinó según el método de Kjeldahl (AOAC, 1990). Para el cálculo de proteínas se utilizó el factor de conversión 6,25.

Solubilidad proteica. Se determinó según Morr et al. (1985); los pH's de ensayo fueron 4, 6 y 8, y la temperatura de 25ºC. El contenido proteico del sobrenadante fue determinado por el método de Biuret (Robinson y Hodgen, 1940).

Capacidad de absorción de agua (CAA). Fue medida según Beuchat (1977) a 25ºC.

Capacidad de absorción de grasa (CAG). Fue determinada según Beuchat (1977); a 25; 47,5 y 70ºC.

Capacidad espumante. Determinada según Bencini (1986); a pH de 3, 6 y 8.

Gelificación. Según Coffman y García (1977).

Capacidad emulsificante. Según Yasumatsu et al. (1992).

Análisis estadístico

Se utilizó el programa Statgraphics plus (versión 1.4 para Windows 98). Se calcularon la media y la desviación estándar de los resultados obtenidos en los análisis efectuados. Para el análisis de los datos se aplicó un t-student o ANOVA con posterior comparación de medias, según el caso. Se fijó el nivel de significancia a p < 0,05.

Resultados y Discusión

Proteínas

La germinación no modificó significativamente (p<0,05) el contenido proteico de las harinas de ninguna de las dos variedades de la harina del P. vulgaris (Tabla I), pero lo aumentó significativamente, en un 5%, en la harina del C. cajan. Alonso et al. (2000) observaron un incremento gradual en el contenido proteico de semillas germinadas de P. vulgaris y V. faba por un período entre 24 y 72 horas. Otros autores (García y Primo, 1993; Uwaegbute et al., 2000; Uriyo, 2001) explican que una de las ventajas de la germinación es el aumento en la concentración de proteínas, probablemente como consecuencia de la activación de la síntesis proteica generada durante la germinación. Por el contrario, según Donangelo et al. (1995) la germinación redujo el contenido proteico de los granos de G. max en un 14,2%. Para Bau et al. (1997), el efecto de la germinación sobre el contenido de proteínas varía con la especie vegetal, la variedad de la semilla y las condiciones de germinación, lo cual valida lo observado en este estudio. Adicionalmente, existen evidencias de que el aumento de la proteína depende directamente de los días de germinación (Uwaegbute et al., 2000).

Solubilidad proteica

La mínima solubilidad (16,8%) para la harina de P. vulgaris var. blanca se observó a pH 4, y la máxima solubilidad (50%) a pH 8 (Figura 1a). La germinación incrementó los porcentajes de solubilidad hasta 22,3% a pH 4 y 77% a pH 8. Para la harina de P. vulgaris var. negra, el pH de mínima solubilidad proteica (18,9%) fue alrededor de 4,5, y el de máxima solubilidad (68,5%) fue pH 8 (Figura 1b). Al igual que para la variedad blanca, la germinación solo modificó los porcentajes de solubilidad, siendo la mínima de 24,8% y la máxima de 83,9%, pero los pH mínimo y máximo permanecieron iguales. Para el C. cajan la germinación disminuyó la solubilidad proteica a pH 4,5 desde 18,9% hasta 14,9% y la máxima, a pH 8, se incrementó de 67,4% a 85% (Figura 1c). En general, se observó que la germinación aumenta significativamente (p<0,05) la solubilidad de las proteínas en granos de leguminosas. Mizubuti et al. (2000) reportaron en harina de C. cajan una mínima solubilidad (25,62%) a pH alrededor de 4,5 y la máxima a pH superior a 6, resultados similares a lo observado en este trabajo y a los reportados por Mwasaru et al. (1999), quienes explican que la mínima solubilidad de N₂ se presenta esencialmente en el rango de pH isoeléctrico, que en el caso de las proteínas de las leguminosas está alrededor de 4,5. Cuando las proteínas están en presencia de otros constituyentes como carbohidratos, fibra, fitatos o grasa, su solubilidad y sus otras propiedades funcionales cambian (Nagmani y Prakash, 1997). Otros factores como el tratamiento térmico, el tamaño de la partícula de las harinas y la fuerza centrífuga empleada en el método de solubilización, también afectan dichas propiedades. La solubilidad proteica es útil en productos alimenticios donde se requieren propiedades como gelificación, emulsificación y formación de espuma (Mizubuti et al., 2000), o donde la proteína estará en solución.

Capacidad de absorción de agua (CAA)

A pH 3 y 25ºC no se observaron diferencias significativas (p<0,05) entre la CAA de la harina de los granos crudos y germinados de P. vulgaris var. blanca, pero a pH 6 se incrementó en 36,8%, y a pH 8 dicho incremento fue de 31,6% (Tabla II). A pH 3 y 25ºC, la germinación incrementó la CAA de los granos crudos de P. vulgaris var. negra en un 55,6%, mientras que a pH 6 y 8 dicho incremento fue de 66 y 33%, respectivamente. Para el C. cajan, a pH 3 no se observaron diferencias entre la harina de granos crudos y la de germinados, mientras que a pH 6, el incremento por efecto de la germinación fue de 40% y a pH 8 de 10,5%. Deshpande et al. (1982) indicaron que la CAA de una muestra no es necesariamente una función de su contenido proteico, y que la presencia de componentes no proteicos puede también influir sobre la CAA. Tal capacidad depende de las interacciones proteína-agua y agua-agua, y acciones físicas de capilaridad, por lo que una mayor CAA se puede atribuir a la retención física de agua por acción capilar en la nueva estructura formada por agregación de las proteínas (Mwasaru et al., 1999). La presencia de carbohidratos en la harina también contribuye al incremento de la CAA (Inyang y Nwadimkpa, 1992).

Capacidad de absorción de grasa (CAG)

No se observaron diferencias significativas (p<0,05) entre los valores de CAG de la harina de los granos crudos o germinados de P. vulgaris var. blanca a 25; 47,5 ni 70ºC (Tabla III). Para el P. vulgaris var. negra no se observaron diferencias por efecto de la germinación a 25ºC, pero sí a 47,5ºC donde el aumento fue de 47%, siendo de 10,5% a 70ºC. A 25ºC el aumento por efecto de la germinación de los granos del C. cajan fue del 9,1%. A 47,5ºC y a 70ºC no se observaron diferencias (Tabla III). La CAG se relaciona con el número de cadenas laterales no polares de las proteínas que se enlazan con cadenas hidrocarbonadas de grasa (Sgarbieri, 1998), lo que indicaría que la germinación puede cambiar esa relación, pues las proteínas se rompen para ser utilizadas por la planta. La CAG es una propiedad importante en la formulación de productos cárnicos, substitutos de carne y en productos de panadería y sopas (Abbey e Ibeh, 1988), que además se relaciona con la capacidad de retener las características de sabor y con la suavidad del producto al cual se añade (El-Adawy et al., 2001).

Capacidad espumante

A pH 3 se observó que la capacidad espumante de la harina de granos germinados de P. vulgaris var. blanca se incrementó significativamente (p<0,05) en 67%, mientras que a pH 6 el incremento fue de 116% y a pH 8 de 71% (Tabla IV). Para el P. vulgaris var. negra se observó un incremento de 118% a pH 3, mientras que a pH 6 fue de 179% y de 39% a pH 8. Para el C. cajan se observaron incrementos de 109%, 155% y 63,5%, respectivamente, para los tres pH estudiados. Según Sgarbieri (1998) los valores mínimos de pH a los cuales se observó expansión y estabilidad de la espuma fueron 4 y 6, los cuales corresponden a la región isoeléctrica de las proteínas de las leguminosas. En este estudio se observó un incremento del volumen de espuma a pH mayores de 4, siendo el máximo a pH 8, correspondiéndose con los máximos de solubilidad. En la germinación de los tres tipos de granos de leguminosas estudiados se observó un hecho común, en todos los pH estudiados, la harina de granos germinados presentó mayor capacidad espumante que la de los granos crudos. A medida que el pH se alejó del punto isoeléctrico y la solubilidad proteica aumentaba, la capacidad espumante también se incrementó. Las variaciones en el pH afectan la capacidad espumante, tanto en harinas crudas como germinadas, observandose los máximos a pH 6 y 8, comportamiento que se repitió en las tres leguminosas.

Los resultados indicarían que la germinación de las leguminosas produjo un cambio estructural en las proteínas, lo que incrementó su capacidad para formar espuma, propiedad que depende de la cantidad de proteínas presentes, de su estructura y de la habilidad relativa de esas proteínas para desnaturalizarse, precipitar y disminuir la tensión superficial en la interfase aire-liquido de la espuma (Sgarbieri, 1998). Hsu et al. (1982) observaron que la germinación de V. faba aumenta significativamente la capacidad espumante en 134%, mientras que ese aumento para L. culinaris fue de un 240%.

Gelificación

La mínima concentración de harina de granos crudos y germinados del P. vulgaris var. blanca, a la cual se observó la formación de gel fue de 12 y 8%, respectivamente (Tabla V). Para la harina de germinados, el gel formado fue débil y se deslizaba con cierta facilidad al invertir el tubo. Para la harina de granos sin germinar del P. vulgaris var. negra el comportamiento fue igual que para la blanca. Para la harina de C. cajan crudo se requirió una concentración de 16% para formar un gel, mientras que para la harina de germinados con un 8% se formó un gel débil. Según Oshodi y Ekperigin (1989), la concentración mínima para la formación de gel en harina de C. cajan fue de 12%. Hsu et al. (1982) observaron que la germinación afecta las características de gelificación en diferentes leguminosas. En guisantes, el gel obtenido era granular, mientras que en lentejas lo era pastoso y grueso, y para los granos faba formaron un coágulo suave. En la harina de V. unguiculata, la mínima concentración de harina a la cual se formó el gel fue 10%; a concentraciones menores se observó agregación y aumento de la viscosidad pero sin formación de gel. Sathe et al. (1982) demostraron que los geles de harina de P. vulgaris fueron firmes y los de harina de Lupinus mutabilis relativamente fluidos. El factor crítico para la formación y firmeza de gel es la concentración de proteínas (Kinsella, 1979) y además, no es necesaria una alta solubilidad proteica para que el gel se forme (Prinyawiwatkul et al., 1997). Sathe y Salunkhe (1981) observaron que la gelificación no solo dependía de la cantidad de proteína, sino también del tipo de proteína y de los componentes no proteicos. Variaciones en las propiedades gelificantes de diferentes harinas de leguminosas pueden cambiar según la proporción de los otros constituyentes como son proteínas, carbohidratos y lípidos, sugiriendo que la interacción entre tales componentes puede ejercer un papel significativo en las propiedades funcionales. Se ha observado una dependencia entre la propiedad de gelificación de diferentes harinas de leguminosas y la concentración de diferentes componentes como las proteínas, lípidos y carbohidratos (Sathe et al., 1982). Es sabido que las proteínas globulares presentes en las leguminosas tienen alta facilidad de formar geles (Sathe et al., 1982; Sathe y Salunkhe, 1981).

Capacidad emulsificante

La germinación incrementó significativamente (p<0,05) la capacidad emulsificante de las harinas de germinados P. vulgaris var. blanca (Tabla VI). A pH 3 el incremento fue cercano a 30%, mientras que a pH 5,0 fue de 47% y a pH 7 de 4,4%. Con respecto a P. vulgaris var. negra, a pH 3, la capacidad emulsificante se incrementó con la germinación en 37%, y a pH 5 en 29%. A pH 7 no se observaron diferencias entre los granos crudos y germinados. En la harina de C. cajan la germinación a pH 3 incrementó la capacidad emulsificante en 26,2%, pero a pH 5 y 7 no se observaron diferencias con la harina de granos crudos. Hsu et al. (1982) reportaron que la capacidad emulsificante en harina de granos de Vicia faba se incrementó por efecto de la germinación y el comportamiento para otras semillas dependió de la especie y variedad. En este estudio se observó que un incremento del pH por encima del punto isoeléctrico mejoró la CE de las harinas de leguminosas; el máximo se alcanzó a pH 7, lo cual está en concordancia con lo reportado por Inyang y Nwadimkpa (1992).

Conclusiones

La germinación no afectó la concentración proteica en granos de P. vulgaris var. blanca y negra, pero si la aumentó en los granos del C. cajan. Sin embargo, se observaron cambios en las propiedades funcionales de las harinas de granos germinados, indicando que la germinación de los granos produce cambios en la estructura de la proteína, lo que genera una harina de características mejores a la del grano crudo, que pudiera usarse como ingrediente en el desarrollo de nuevos productos donde sea requeridas la capacidad de retener agua y de formar geles, espumas y emulsiones estables, tales como salchichas, postres y productos horneados. De esta manera se podría así diversificar el uso de las leguminosas. Adicionalmente, sería conveniente preparar aislados o concentrados de los granos germinados con la finalidad de estudiar el efecto de la germinación en la proteína de la leguminosa sin las interferencias de otros constituyentes presentes en harina.

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