Obtención de una harina de pulido de arroz desengrasado con bajo contenido de fibra neutro detergente

Alfredo Larios-Saldaña, Jesús Porcayo-Calderón y Héctor M. Poggi-Varaldo

Alfredo Larios-Saldaña. Ingeniero Químico, Universidad Veracruzana, México. Maestro en Ciencias, CINVESTAV, Instituto Politécnico Nacional (IPN), México. Profesor, Depto. De Biotecnología y Bioingeniería, CINVESTAV-IPN, campus Zacatenco, México.

Jesús Porcayo-Calderón. Ingeniero Industrial, Instituto Tecnológico de Zacatepec, México. Maestro en Ciencias, CINVESTAV-IPN, México. Investigador, Centro Nacional de Investigaciones Eléctricas, Cuernavaca, México.

Héctor Mario Poggi-Varaldo. Ingeniero Químico, Universidad de la República Oriental del Uruguay. Maestro en Ingeniería Ambiental, Universidad Nacional Autónoma de México. Doctor en Ciencias, CINVESTAV-IPN, México. Profesor, CINVESTAV-IPN, campus Zacatenco, México. Dirección: Departamento de Biotecnología y Bioingeniería, CINVESTAV-IPN, México. Apartado Postal 14-740, México DF 07000, México. e-mail: hectorpoggi2001@yahoo.com

Resumen

Por su contenido de proteínas y minerales, el pulido de arroz (PA) podría ser empleado en alimentación humana o animal si son eliminados el aceite y las fracciones con alto contenido de fibra. Para ello se realizó la extracción sólido-líquido al PA, con una eficiencia en la extracción del extracto etéreo del 95,6%, a fin de obtener el pulido de arroz desengrasado (PAD). Se efectuó la clasificación granulométrica del PA y PAD, y de cada fracción se determinó su composición química proximal: proteína, extracto etéreo, cenizas, fibra neutro detergente (FND) y extracto libre de nitrógeno (ELN). El PA tiene un alto contenido de fracciones gruesas (>70% corresponden a partículas con tamaño de malla >120), mientras que el PAD posee una distribución de partícula más uniforme y un contenido de grasas <10g·kg^-1. Los perfiles del análisis químico para PA y PAD, muestran diferencias en FND y ELN, e indican que las partículas finas están constituidas principalmente por ELN (600g·kg^-1), y las partículas gruesas tienen alto contenido de FND (420g·kg^-1). El tamaño de partícula con alto y bajo contenido de fibra es el punto de inflexión de los perfiles de FND y ELN del PAD, que corresponde a la malla 180 (0,092mm). Del PAD se puede obtener un 36% de harina (fracción 2) con 126,6g·kg^-1 de proteína y 180g·kg^-1 de FND, y un 64% de harina (fracción 1) con 130,3g·kg^-1 de proteína y alto contenido de FND (420g·kg^-1). Esta harina ameritaría estudios posteriores respecto de su potencial en alimentación humana o en aplicaciones para alimentación animal.

Summary

Rice bran (RB) could be used for animal feed or human food because of its protein and minerals profile, provided that the rice bran oil and the excessive fibre contents could be eliminated or reduced. In this work, the granulometric and the proximal characteristic of RB and deffated RB (DRB) were studied. It was found that RB shows a predominance of coarse fractions (>70% of the mass corresponds to mesh sizes >120), whereas DRB exhibits a more uniform granulometric profile. The fat content of the DRB was <10g·kg^-1. The fine fractions of both RB and DRB had a larger percentage of free nitrogen extract (ca. 600g·kg^-1), while the coarse fractions were rich in neutral detergent fibre (NDF, ca. 420g·kg^-1). In the particular case of DRB, up to 36% of the mass fell within the fine fraction range (<0.092mm, mesh 180) and was low in NDF (180g·kg^-1) and high in protein (126.6g·kg^-1). This flour deserves further studies regarding its potential for human food or animal feed applications.

Resumo

Por seu conteúdo de proteínas e minerais, a polidura de arroz (PA) poderia ser empregada na alimentação humana ou animal se são eliminados o azeite e as frações com alto conteúdo de fibra. Para isto realizou-se a extração sólido-líquida da PA, com uma eficiência na extração do extrato etéreo de 95,6%, a fim de obter a polidura de arroz desengordurado (PAD). Efetuou-se a classificação granulométrica da PA e PAD, e de cada fração determinou-se sua composição química proximal: proteína, extrato etéreo, cinzas, fibra neutro detergente (FND) e extrato livre de nitrogénio (ELN). A PA tem um alto conteúdo de frações grossas (>70% correspondem a partículas com tamanho de malha >120), enquanto que a PAD possui uma distribuição de partícula mais uniforme e um conteúdo de gorduras <10g·kg^-1. Os perfis da análise química para PA e PAD, mostram diferenças em FND e ELN, e indicam que as partículas finas estão constituídas principalmente por ELN (600g·kg^-1), e as partículas grossas tem alto conteúdo de FND (420g·kg^-1). O tamanho de partícula com alto e baixo conteúdo de fibra é o ponto de inflexão dos perfis de FND e ELN da PAD, que corresponde à malha 180 (0,092mm). Da PAD se pode obter um 36% de farinha (fração 2) com 126,6g·kg^-1 de proteína e 180g·kg^-1 de FND, e um 64% de farinha (fração 1) com 130,3g·kg^-1 de proteína e alto conteúdo de FND (420g·kg^-1). Esta farinha precisaria estudos posteriores com respeito a seu potencial em alimentação humana ou em aplicações para alimentação animal.

Palabras clave / Fibra Neutro Detergente / Harina / Proteína / Pulido de Arroz / Pulido de Arroz Desengrasado /

Recibido: 27/04/2004. Modificado: 02/12/2004. Aceptado: 03/12/2004

Introducción

A nivel mundial el arroz constituye el alimento básico para la mitad de la humanidad y en México ocupa el tercer lugar en importancia (INEGI, 2000). Del grano de arroz entero solo se aprovecha 60-70%, puesto que el resto (30%) lo constituyen la cascarilla (16-21%) y el pulido de arroz (5-12%; Pomeranz y Chairman, 1973; Primo, 1982).

El pulido de arroz (PA) se define como un subproducto de aspecto harinoso, suave y fibroso al tacto, constituido por el pericarpio, el tegumento, la aleurona, parte del grano, en polvo o en fragmentos, y germen entero y triturado, así como cascarilla (Tortosa y Benedicto de Barber, 1978). Es rico en proteínas, grasas, y contiene una cantidad apreciable de vitaminas y minerales, con un contenido elevado de fibra (Primo, 1982). El contenido de proteínas en el PA puede duplicar al del arroz blanco (Primo, 1982). Puede ser una fuente excelente de aceite comestible, proteínas, vitaminas y otros nutrientes (Barber y Maquieira, 1977; Tortosa y Benedicto de Barber, 1978; Barber et al., 1981; Pillaiyar, 1981). La relación de eficiencia proteica del PA de 1,61 a 1,92 resulta ser más alto que los obtenidos con trigo y maíz, 1,20 y 1,00 respectivamente (Tortosa y Benedicto de Barber, 1978; Pillaiyar, 1981; Primo, 1982).

El PA contiene entre 12 y 25% de grasa, lo cual representa la mayor parte de su concentración en el arroz entero (Tortosa y Benedicto de Barber, 1978; Hernández, 2000). Por el contenido de ácidos grasos se considera al aceite de PA como semi-secante y una fuente excelente para alimentación humana (Barber et al., 1981; Jeong et al., 1984). El uso de PA como materia prima para alimentación humana se ha visto obstaculizado por la oxidación de sus lípidos y por el alto contenido de fibra (Tortosa y Benedicto de Barber, 1978; Cordero et al., 1985).

La fibra también parece ser un problema ya que afecta la disponibilidad y aprovechamiento de minerales tales como Ca, Fe, Mg y Zn (Prosky et al., 1984; Navert y Sandstrom, 1985; Schneeman, 1986). Por otro lado, el contenido de proteína hace pensar en el uso potencial de harinas de PA con bajo contenido de fibra en alimentación humana (Barber et al., 1981; Pillaiyar, 1981). Con otros subproductos agroindustriales se ha encontrado que la distribución de fibra es función del tamaño de partícula de dicho subproducto (Martínez et al., 1996; Ballinas et al., 1997; Wu y Abbot, 2003).

El objetivo del presente trabajo fue determinar la distribución de los componentes, cenizas, extracto etéreo, extracto libre de nitrógeno (ELN), fibra neutro detergente, humedad y proteína, de PA y PAD, en el contexto de identificar fracciones que potencialmente pudieran ser utilizadas en alimentación animal y humana.

Materiales y Métodos

Evaluación analítica del PA

Se analizó el contenido de cenizas, extracto etéreo, humedad y proteína, de PA y PAD, con los métodos descritos en AOAC (1984). La FND se determinó por el método de Van Soest y Wine (1967) y el ELN por diferencia, restando de 100 la suma de los porcentajes de humedad, cenizas, extracto etéreo, proteína y FND.

Desengrasado del PA

Para el desengrasado del PA se utilizó un extractor tipo Macro-Soxhlet con capacidad de 1kg de material, utilizando hexano grado industrial como disolvente por 8h (AOAC, 1984).

Análisis granulométrico

Para el análisis de distribución de tamaño de partícula se realizaron corridas en un tamizador marca CE-Tyler modelo RX-24, con cargas de PA de 200g por 20min. Al término de cada corrida se desmontaron los tamices y se colectó el material retenido en cada uno de ellos, y posteriormente se cuantificó el peso de cada fracción. El tamaño de partícula reportado corresponde a un promedio de la abertura del tamiz en que quedan retenidas y la abertura del tamiz inmediato superior. La distribución acumulada de retenidos se obtuvo al expresar la suma de los porcentajes de las fracciones retenidas contra el correspondiente tamaño de partícula (malla). Para determinar las ecuaciones que relacionen la cantidad de material a su tamaño de partícula y obtener su relación de distribución, se utilizó la ecuación de Rosin-Rammler-Benett (Zanker, 1981).

Resultados y discusión

Composición química

El análisis químico de PA (Tabla I), muestra que los valores obtenidos para proteína, extracto etéreo, FND, cenizas y ELN se encuentran dentro de los obtenidos por otros autores (Tortosa y Benedicto de Barber, 1978, 1982; Barber et al., 1981; Pillaiyar, 1981). Aunque el contenido de extracto etéreo muestra al PA como una fuente atractiva de aceite comestible, hay que considerar que la presencia de enzimas y el proceso de molienda del grano de arroz provocan un deterioro gradual de dicho componente (Barber y Benedicto de Barber, 1982; Paulose et al., 1983; Cordero et al., 1985). Este inconveniente y el contenido elevado de fibra limitan su consumo en alimentación humana (Barber et al., 1981, Pillaiyar, 1981; Cordero et al., 1985).

   Con respecto al PAD los valores para proteína, extracto etéreo, FND, cenizas y ELN (Tabla I) fueron más altos que los obtenidos con el PA. Estos incrementos se debieron a que la extracción de la grasa en el PA, con una eficiencia de extracción del 95,6%, provoca un aumento relativo en el contenido de los componentes restantes del PAD. Los valores encontrados están dentro de los reportados en la bibliografía (Tortosa y Benedicto de Barber, 1978; Pillaiyar, 1981; Kim et al., 1987; Proctor et al., 1994; Proctor y Bowen, 1996; Hamada, 2000).

Análisis granulométrico

Los resultados del análisis granulométrico para el PA y el PAD (Tabla II) indican que para el caso del PA el tamaño de partícula más abundante corresponde principalmente a las mallas 30, 50 y 150; seguido de las mallas 60, 100 y 40, con un bajo porcentaje de las mallas restantes. El 70% está conformado por partículas con tamaño mayor a la malla 120 y menos del 30% por partículas finas.

El tamaño de partícula mayoritario en el PAD corresponde a las mallas 30 y >325, seguido de los tamaños de malla 100, 200, 80, 50, 150 y 40. La amplia separación entre los dos tamaños de partículas predominantes, más fino y más grueso (Tabla II), probablemente se deba a que al eliminar más del 95% del aceite, se redujo el aglomerante entre partículas del PA y esto aumentó considerablemente la cantidad de partículas finas, con una reducción de las partículas de malla 50 y su distribución hacia las mallas 80, 100, 200 y >325, Tabla II.

Con la ecuación de Rosin-Rammler-Bennett (Zanker, 1981) y los datos de distribución de retenidos acumulados (Tabla II), se obtuvieron los índices de homogeneidad n y los tamaños de partícula X’ (definido como el tamaño de partícula cuando la distribución acumulada es de 63%) tanto para PA como para PAD con el objeto de caracterizar mejor las distribuciones. Los coeficientes n resultaron 1,734 y 1,82 para PA y PAD, respectivamente, indicando que PAD posee una distribución más homogénea. Los valores obtenidos de X’ fueron 0,507 y 0,390 para PA y PAD, respectivamente lo que sugiere que PA posee una proporción mayor de partículas gruesas y que obviamente coincide con las proporciones de gruesos acumulados que podrían obtenerse de la Tabla II.

Composición química de las fracciones

Con los resultados del análisis químico realizado a cada fracción se construyeron los perfiles de proteína, extracto etéreo, FND, cenizas y ELN en función del tamaño de partícula del PA y PAD (Figura 1). Para el PA (Figura 1a) se observa que el contenido de proteína experimenta un ligero incremento conforme disminuye el tamaño de las partículas. Esta tendencia puede ser debida a que las partículas de menor tamaño poseen una mayor proporción de capa aleurona y germen, las cuales tienen más proteína que el arroz (Tortosa y Benedicto de Barber, 1978; Primo, 1982). Al analizar el extracto etéreo se observa en un inicio un incremento brusco para las partículas gruesas (malla 50) seguido de una disminución también brusca para ir decreciendo paulatinamente hasta que en el tamaño de partícula de malla 300 el decremento es considerable. La explicación de estos cambios bruscos puede adjudicarse a que el PA no es un material homogéneo, puesto que posee componentes de mayor tamaño y menor contenido de grasa como la cascarilla y el grano triturado. Éstas quedan en la primera fracción cuando el material se somete a una clasificación de partículas, con un incremento en el contenido del extracto etéreo en las siguientes fracciones por la presencia del germen de arroz. Por otro lado, la disminución en el contenido de extracto etéreo con respecto al tamaño de partícula podría estar relacionada con la aglomeración de partículas, por lo que el área superficial de estas fracciones era mucho mayor que la esperada y considerablemente mayor que las fracciones más finas y como consecuencia su contenido de aceite fue mayor.

Se aprecia claramente un fuerte aumento de cenizas en los primeros tres tamaños de partícula con posteriores ligeros incrementos hasta alcanzar un contenido de 91,4g·kg^-1 para las partículas finas. El contenido de FND disminuye ligera pero constantemente con una disminución del tamaño de partícula hasta un contenido mínimo de 158,7g·kg^-1 en las partículas finas, el cual es aproximadamente el 54% del contenido de FND de las partículas gruesas (293,7g·kg^-1). La disminución brusca en el contenido de ELN del PA, en los tamaños gruesos, podría deberse a la presencia de cascarilla y el aumento constante en los tamaños finos podría ser provocado por la presencia del material fino de la molienda. Los incrementos ascendentes de la malla 5 con 325,6g·kg^-1 y la malla >325 con 495,2g·kg^-1 de ELN, hace suponer que las partículas finas del PA están constituidas mayoritariamente por ELN.

Con respecto a los perfiles de la composición química del PAD (Figura 1b) se observa que para la fracción gruesa el contenido de proteína es más bajo respecto a las demás, que como ya se mencionó puede ser debida a la cascarilla y grano quebrado. A partir de la malla 50 el perfil es casi constante para todas las demás fracciones con un contenido promedio de 129,7g·kg^-1, sin importar su tamaño de partícula.

Respecto al extracto etéreo (Figura 1b) se aprecia un comportamiento opuesto al que se observó en el PA (Figura 1a), lo que hace suponer un mayor contenido de componentes del extracto etéreo de baja solubilidad, como esteroles y ceras, en la primera fracción (Yoon y Rhee, 1982; Jeong et al., 1984).

El contenido de cenizas se eleva de 35 a 100g·kg^-1 aproximadamente en los primeros cuatro tamaños, a partir de los cuales se mantiene casi constante hasta un máximo de 107,1g·kg^-1 en los más finos. El valor de FND disminuye a partir de la malla 40 y 50 permanece prácticamente constante (420g·kg^-1) hasta el tamaño de malla 150, a partir del cual disminuye marcadamente. Las partículas finas tienen un contenido de 134,9, g·kg^-1 de FND, que es aproximadamente el 35% del contenido de FND de las partículas gruesas, fracción 2, lo que indica que existió una reducción del 65% en la FND. El contenido de ELN, disminuye hasta la malla 150 a partir del cual aumenta marcadamente desde un valor de 333,3g·kg^-1 hasta 603,2g·kg^-1. El contraste en los perfiles de FND y ELN, malla 180, para el PAD respecto a los del PA, señalan que la eliminación de las grasas no tan solo originó una redistribución de las partículas, sino que también las partículas gruesas (fracción 1, de la malla 30 a la 150) poseen un 65% de FND que las partículas finas (fracción 2), y que a su vez éstas también tienen cerca de 50% de ELN que la fracción 2, de la malla 180 a >325. En la Figura 1(a y b), se puede observar que mientras para el PAD existe un punto de inflexión (malla 180), en donde la FND disminuye y el ELN se incrementa; en el PA sólo existe un comportamiento estable de ambos componentes.

Por todo lo antes discutido se puede considerar que los perfiles de FND y ELN de ambos materiales podrían dar solución al objetivo planteado en este trabajo y que del PAD se pueden obtener: aproximadamente un 36% de harina con cerca de 180g·kg^-1 de FND, fracción 2, y un 64% de harina con 420g·kg^-1 de FND, fracción 1 (Figura 1b). La obtención de las harinas puede realizarse por el uso de tamizado o por el uso de ciclones, empleando como criterio un tamaño de partícula a separar que corresponda al tamaño de malla 180.

Conclusiones

-El PA tiene un alto contenido de fracciones gruesas (más del 70% corresponden a partículas con tamaño mayor a la malla 120) mientras que el PAD posee una distribución de partícula más uniforme y un contenido menor a 10g·kg^-1 de grasas.

-La operación de desengrasado aplicado al PA redujo significativamente el contenido inicial de aceite, con una eficiencia de extracción de 95,58%.

-Los perfiles del análisis químico para PA y PAD, muestran diferencias en FND y ELN, e indican que las partículas finas están constituidas principalmente por ELN (600g·kg^-1), y las partículas gruesas tienen un alto contenido de FND (420g·kg^-1).

-El tamaño de partícula con alto y bajo contenido de fibra, es el punto de inflexión de los perfiles de FND y ELN del PAD que corresponde a la malla 180 (0,092mm).

- Del PAD se puede obtener un 36% de harina (fracción 2) con 126,6g·kg^-1 de proteína y 180g·kg^-1 de FND, y un 64% de harina (fracción 1) con 130,3g·kg^-1 de proteína y alto contenido de FND (420g·kg^-1).

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