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EXTRUSIÓN”
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PÉNJAMO
U UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PÉNJAMO
INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
“OBTENCIÓN DE UNA HARINA
INSTÁNTANEA DE GARBANZO POR
EXTRUSIÓN”.
TESIS
PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO
DE LICENCIADO(A) EN INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
PRESENTA:
DIEGO FLORES GARCÍA
ASESOR INTERNO:
VÍCTOR MANUEL SÁNCHEZ NÚÑEZ
ASESOR INTERNO:
Dr. EDUARDO MORALES SÁNCHEZ
Dra. MARCELA GAYTÁN MARTÍNEZ
Dra. TERESITA ARREDONDO OCHOA
Dra. AMIRA DANIELA CALVO LÓPEZ
Pénjamo, Guanajuato, México; diciembre 2022
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i UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PÉNJAMO Dedicatoria Le dedico mi tesis a mi familia especialmente a mis padres por todo su apoyo tanto emocional como económico, y todas las enseñanzas que me dieron, las cuales me mostraron que todo esfuerzo tiene su recompensa y que las cosas no se darán si no trabajas por ello. Como de igual manera el apoyo de mis hermanos los cuales siempre fueron mi modelo a seguir, y que siempre me enseñaron que el estudio es algo muy importante en la vida. Siempre estaré agradecido por todo su apoyo.
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iii Índice de contenido Dedicatoria ........................................................................................................................ i Agradecimientos ...............................................................................................................ii Índice de contenido.......................................................................................................... iii Índice de Figuras ............................................................................................................. v Índice de ecuaciones .......................................................................................................vi Índice de tablas ............................................................................................................... vii Resumen .......................................................................................................................... 1 Palabras clave: Garbanzo, extrusión, harina instantánea. ......................................... 1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 2 CAPÍTULO I. DATOS GENERALES DE LA EMPRESA ................................................ 3 1.1 Datos de identificación de la empresa.......................................................................... 3 1.2 Antecedentes................................................................................................................. 3 1.3 Misión y Visión............................................................................................................... 5 1.3.1 Misión ......................................................................................................................... 5 1.3.2 Visión .......................................................................................................................... 5 1.4 Objetivos ........................................................................................................................ 6 1.5 Políticas ......................................................................................................................... 6 1.6 Valores........................................................................................................................... 6 1.7 Filosofía ......................................................................................................................... 6 CAPÍTULO II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................... 8 2.1 Descripción del problema o necesidad......................................................................... 8 2.2 Justificación ................................................................................................................... 9 2.3 Objetivos del proyecto ................................................................................................. 10 2.3.1. Objetivo general ...................................................................................................... 10 2.3.2. Objetivos específicos .............................................................................................. 10 CAPÍTULO Ill. MARCO TEÓRICO .............................................................................. 11 3.1. Generalidades del garbanzo ...................................................................................... 11 3.1.1. Clasificación taxonómica. ....................................................................................... 11 3.1.3. Producción de garbanzo ......................................................................................... 11 3.1.4. Composición química del garbanzo ....................................................................... 12 3.1.5. Compuestos bioactivos ........................................................................................... 15 3.2 Formas de consumo del garbanzo ............................................................................. 16
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- 3.2.1 Harinas iv
- 3.2.1.1 Harinas de garbanzo
- 3.3 Extrusión
- 3.3.1. Partes de un extrusor
- 3.3.2. Tipos de extrusores
- 3.3.2.1. Extrusora de tornillo simple..................................................................................
- 3.3.2.2 Extrusora de tornillos dobles o gemelos
- 3.3.2.3 Extrusoras de fricción viscosas
- CAPÍTULO lV. METODOLOGÍA DE APLICACIÓN
- 4.1. Materiales y métodos
- 4.1.1. Material biológico
- 4.1.2. Caracterización física del garbanzo
- 4.1.2.1. Peso de mil granos
- 4.1.2.2. Peso hectolitrito
- 4.1.2.3. Humedad del grano..............................................................................................
- 4.1.2.4. Color del grano
- 4.1.3. Obtención la harina instantánea por cocción tradicional
- 4.1.4. Obtención de la harina instantánea por extrusión
- 4.1.5. Caracterización fisicoquímica de las harinas
- 4.1.5.1Índice de absorción de agua e índice de solubilidad en agua.
- 4.1.5.2. Capacidad de absorción de agua y capacidad de absorción de aceite
- 4.1.5.3. Análisis rápido de viscosidad de las harinas de garbanzo
- 4.1.5.4. Capacidad emulsificante y estabilidad de la emulsión
- 4.1.5.5 Capacidad espumante y estabilidad de la espuma
- 4.1.6 Análisis estadístico
- CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
- 5.1 Caracterización física del grano de garbanzo
- 5.1. Obtención de harinas por método tradicional............................................................
- 5.2. Obtención de harinas extruidas
- 5.5 Caracterización tecno-funcional de las harinas extruidas de garbanzo
- 5.5.1 Perfil de viscosidad de la harina de garbanzo.
- Capitulo Vl.Conclusiones...............................................................................................
- Referencias
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vi Índice de ecuaciones 𝑰𝑨𝑨 = 𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐 𝒅𝒆 𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒊𝒇𝒖𝒈𝒂𝒄𝒊ó𝒏𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒔𝒆𝒄𝒐 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 − 𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐 𝒅𝒆 𝒆𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 Ecuación 1 23 𝑰𝑺𝑨 = 𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐 𝒅𝒆 𝒆𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏𝒑𝒆𝒔𝒐 𝒔𝒆𝒄𝒐 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 ∙ 𝟏𝟎𝟎 ..................... Ecuación 2 ......................................................................................................................... 23 𝑪𝑬(%) = 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒄𝒂𝒑𝒂 𝒆𝒎𝒖𝒍𝒔𝒊𝒐𝒏𝒂𝒅𝒂𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝑿𝟏𝟎𝟎 ............................. Ecuación 3 ......................................................................................................................... 24 𝑬𝑬% = 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒄𝒂𝒑𝒂 𝒆𝒎𝒖𝒍𝒔𝒊𝒐𝒏𝒂𝒅𝒂 𝒅𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒍𝒆𝒏𝒕𝒂𝒓𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍𝑿𝟏𝟎𝟎 ........... Ecuación 4 ......................................................................................................................... 25 𝑪𝑬𝒔% = 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔 𝒅𝒆 𝒎𝒆𝒛𝒄𝒍𝒂𝒓 − 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔 𝒅𝒆 𝒎𝒆𝒛𝒄𝒍𝒂𝒓𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔 𝒅𝒆 𝒎𝒆𝒛𝒄𝒍𝒂𝒓 𝑿𝟏𝟎𝟎 Ecuación 5 25 𝑬𝑬𝒔(%) = 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆 𝒆𝒔𝒑𝒖𝒎𝒂 𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆 𝒆𝒔𝒑𝒖𝒎𝒂 𝒊𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍𝑿𝟏𝟎𝟎 ..................... Ecuación 6 ......................................................................................................................... 25
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vii Índice de tablas Tabla 1. Composición química de leguminosas ............................................................... 12 Tabla 2. Concentraciones de polisacáridos en el garbanzo ............................................ 14 Tabla 3. Composición de minerales del garbanzo ........................................................... 15 Tabla 4. Compuestos bioactivos presentes en el garbanzo ........................................... 15 Tabla 5. Diseño de experimentos ..................................................................................... 25 Tabla 6. Código de tratamientos ....................................................................................... 26 Tabla 7. Caracterización física del garbanzo ................................................................... 27 Tabla 8. CAAc, CAA y humedad de las harinas instantáneas de garbanzo obtenidas por extrusión ............................................................................................................................ 35 Tabla 9. CIELAB de las harinas de garbanzo obtenidas por extrusión. .......................... 39 Tabla 10 Capacidad y la estabilidad emulsionante de las harinas extruidas de garbanzo. ........................................................................................................................................... 41 Tabla 11 Viscosidad de la harina de garbanzo ................................................................ 42
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INTRODUCCIÓN El garbanzo es un alimento con una gran riqueza nutrimental pues es una fuente importante de proteínas, hidratos de carbono como el almidón y fibra, así como de algunas vitaminas del complejo B (tiamina, niacina y acido ascórbico) y minerales (Ca, P, Fe, Mg y K). En la mayoría de este tipo de leguminosas, el manejo y almacenamiento a temperatura (25°C) y humedad relativa (65%) altas causa el endurecimiento del grano lo que reduce su valor nutricional, incrementa su tiempo de cocción, y deteriora sus características sensoriales. La extrusión es una forma de cocción rápida, continua y homogénea, en donde mediante un proceso mecánico de inducción de energía térmica y mecánica, se aplica al alimento alta presión y temperatura durante un breve espacio de tiempo lo que permite disminuir el tiempo de cocción traduciéndose en un proceso de alta productividad, bajo costo de operación y ahorro de energía. Además, esta alternativa tecnológica puede modificar las características fisicoquímicas, funcionales y sensoriales de un alimento como lo es el garbanzo y transformarlo en un producto alto valor nutricional con una mínima degradación de nutrientes y una mejora sustancial en la digestibilidad y valor biológico de los nutrientes que lo componen. Las harinas convencionales tienen una gran versatilidad ya que pueden ser utilizadas para un sinfín de productos reposteros, pastas, espesantes, entre otros usos. Sin embargo, la forma de generar estas harinas es someter al grano a tiempos muy prolongados de cocción provocando la pérdida de características sensoriales y nutricionales del grano. Por lo anterior, a través de la extrusión se pueden obtener harinas instantáneas de garbanzo con características tecno-funcionales similares o mejores a las de una harina obtenida de manera tradicional.
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CAPÍTULO I. DATOS GENERALES DE LA EMPRESA 1.1 Datos de identificación de la empresa
- Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA) - Unidad Querétaro.
- Cerro Blanco 141, Colinas del Cimatario, 76090 Santiago de Querétaro, Qro.
- 442 229 0804
- https://www.cicataqro.ipn.mx/cq/qro/Paginas/index.html
- Sector económico en el cual desempeña sus actividades: Servicios
- Área de la empresa en que se realizó la estadía: Investigación
- Obtención de una harina instantánea de garbanzo por extrusión
- Asesor empresarial: Dr. Eduardo Morales Sánchez 1.2 Antecedentes El Programa de Investigación Científica y Tecnológica del Programa de Desarrollo Institucional (1995-2000) del IPN, considera que corresponde al Instituto dar respuesta a los proyectos estratégicos que contribuyan al desarrollo científico y tecnológico nacional, y al mejoramiento de la sociedad a través de la investigación científica básica y aplicada. Conjuntamente la Comisión Interna de Administración adoptó el 15 de diciembre 1995, el acuerdo 4/95-5 de la Secretaría de Educación Pública, por medio del cual, se autorizó al Instituto adquirir los activos del Instituto Mexicano de Investigaciones Tecnológicas (IMIT), A. C. en liquidación, esto con el propósito de incorporar dichos bienes al patrimonio institucional para destinarlos al reforzamiento de las acciones de investigación en materia de ciencia aplicada y tecnología avanzada. Considerando lo anterior, el director general del Instituto en esa época, el Ing. Diódoro Guerra Rodríguez con la aprobación del H. Consejo General Consultivo, el 30 de agosto de 1996, expidió el acuerdo de creación con fecha 2 de septiembre de 1996 del Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA-IPN, Querétaro) del Instituto Politécnico Nacional, cuyo propósito fundamental quedó definido desde su nombre
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de la investigación en el ámbito de la ciencia y la tecnología, lo cual posibilita cumplir con los objetivos planteados por el CICATA. Por esto, se decidió establecer el CICATA-IPN, Querétaro, como una entidad regional teniendo por objeto impartir docencia y desarrollar investigaciones científicas y de tecnología avanzada que contribuyan en el crecimiento económico y social del país. 1.3 Misión y Visión 1.3.1 Misión El CICATA-IPN, Querétaro, atiende las necesidades de formación de personas competentes a nivel posgrado y de desarrollo tecnológico e innovación, a través de proyectos de investigación que contribuyen al desarrollo social, con un enfoque multidisciplinario. 1.3.2 Visión Centro de Investigación de vanguardia con reconocimiento nacional e internacional por la contribución de su comunidad a la sociedad, a través de la formación de personas competentes, investigaciones y desarrollos tecnológicos innovadores.
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1.4 Objetivos Servir de enlace entre la comunidad científica y los sectores productivos de bienes y servicios, atenderlos y ofrecerles soluciones a sus problemas de desarrollo. Para el cumplimiento de este objetivo, CICATA-IPN, Querétaro desarrolla programas de investigación científica, tecnológica e innovación con un enfoque interdisciplinario, y asimismo atiende la formación de capital humano de alto nivel, contribuyendo decisivamente al fortalecimiento de la calidad y la competitividad del aparato productivo mexicano. 1.5 Políticas Administrar y proveer de capital humano, recursos financieros, materiales y servicios generales, para satisfacer las necesidades de las Dependencias Politécnicas y las partes interesadas, conforme a la normatividad y requisitos aplicables mediante la mejora continua de nuestros procesos con apego a valores éticos y de integridad institucional y a los principios de disciplina presupuestaria, transparencia, eficacia y rendición de cuentas en el uso de los recursos. 1.6 Valores
- Calidad
- Integridad
- Compromiso
- Asertividad
- Trabajo en equipo
- Aprendizaje continúo 1.7 Filosofía Ser reconocido internacionalmente por la formación de recursos humanos de excelencia basada en los valores éticos que ofrece, la calidad y pertinencia de
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CAPÍTULO II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2.1 Descripción del problema o necesidad El garbanzo es una leguminosa de amplio uso culinario con importantes propiedades nutricionales, destacando ser una fuente de carbohidratos de absorción lenta, que producen una asimilación gradual de la glucosa (bajo índice glicémico), lo que evita el desequilibrio de los niveles de azúcar y genera una energía constante. El garbanzo tiene alto contenido proteico y su perfil lipídico es mayoritariamente ácidos monoinsaturados, como el ácido oleico y polinsaturados como el ácido linoleico y omega 6. Su riqueza en fibra contribuye a regular el colesterol y controlar la glucosa en sangre, además de mejorar el tránsito intestinal. Contiene vitaminas del grupo B (B1, B2, B3 y B6), ácido fólico y vitamina E. En cuanto a minerales incluye el fósforo, hierro y magnesio. Previo al proceso de cocción del garbanzo se hace necesario ponerlo en remojo por un periodo de 8 a12 horas con un poco de sal gruesa, en donde el agua de remojo penetrará a través del grano, acelerando el proceso de germinación, produciendo el ablandamiento de la legumbre y reduciendo los tiempos de cocción. Además, hay que tener en cuenta que, a diferencia del resto de legumbres, los garbanzos deben cocerse en agua en ebullición, y mantener constante dicha temperatura durante todo el proceso para evitar el endurecimiento del garbanzo. Además de cocidos, los garbanzos también se pueden comer germinados, tostados o deshidratados. Otra manera de consumirlos es en forma de harina, la cual es considerada un elemento muy importante en la cocina del medio Oriente, con la que se preparan rebozados, masas de buñuelos, tortilla de papa, el tradicional hummus o paté de garbanzos. En México. el garbanzo se usa principalmente para caldos tradicionales. Sin embargo, a pesar de sus propiedades nutricionales no se ha logrado aumentar su consumo entre la población. Por ello se ha propuesto la obtención de una harina instantánea de garbanzo cocido mediante extrusión, como una alternativa para elaborar otro tipo de productos como pan, galletas o como fortificante en productos tradicionales como tortillas, con el objetivo de aumentar el consumo del garbanzo y darle un valor agregado, así como para prolongar su vida de anaquel (Vélez-Ruiz, 2017).
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Finalmente, la extrusión es un proceso físico capaz de transformar las materias primas en productos alimenticios intermedios o en nuevos productos, modificando las propiedades de sus componentes a través de la aplicación de esfuerzo mecánico y altas temperaturas, durante cortos periodos de tiempo. 2.2 Justificación El garbanzo es una legumbre que se usa ampliamente de forma culinaria alrededor del mundo y es considerado el segundo cultivo leguminoso de grano seco en importancia en cuanto a su consumo. Esta legumbre contiene varios compuestos con alto valor nutritivo como son los carbohidratos de absorción lenta, que producen una asimilación gradual de la glucosa contribuyendo en el control de los niveles de azúcar en el organismo. Otra cualidad del garbanzo es su alto contenido proteico, su bajo contenido de grasas saturadas y su riqueza en fibra, siendo una buena alternativa para generar un producto a partir de esta leguminosa. La extrusión es una tecnología emergente la cual se está posicionando en la obtención de productos a base de materiales de origen vegetal, ricos en almidón y proteína, la cual permite generar harinas instantáneas, pastas, cereales para el desayuno, galletas, alimentos infantiles, productos de confitería, chicles, alimentos para mascotas y snacks. Es un proceso tecnológico que modifica la composición nutricional de un alimento y sus características organolépticas, mediante el empleo de altas presiones y temperaturas, durante cortos periodos de tiempo de tal forma que permite obtener alimentos ricos en nutrientes y de bajo contenido en grasas, además de ser un proceso que genera menos desechos y que requiere menos tiempo para su aplicación. Por lo anterior, la obtención de una harina instantánea de garbanzo mediate el método de extrusión con características tecno-funcionales similares o mejores a las de una harina obtenida de manera tradicional.
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CAPÍTULO Ill. MARCO TEÓRICO 3 .1. Generalidades del garbanzo 3 .1.1. Clasificación taxonómica. Clase: Angiosperma. Orden: Leguminosae. Familia: Fabaceae. Género: Cicer. Especie: Cicer arietinum L. 3 .1.2. Origen del garbanzo. El origen del garbanzo se dio en el suroeste de lo que se conoce hoy como Turquía y desde esa región se extendió muy rápido a Europa a la región del mediterráneo; más tarde llego hasta África en específico a Etiopia y posterior a América a los países de Canadá, México, Argentina y Chile (SIAP, 2017). Sus raíces son profundas en tallos ramificados y pelosos y posee numerosas glándulas excretoras. El tallo principal es redondeado y los tallos secundarios son cuadrangulares y nerviadas. Las hojas pueden ser paripinnadas o imparipinnadas. Los foliolos tienen el borde dentado. Las flores son axilares y comúnmente solitarias y los frutos son una vaina gruesa con una o dos semillas conocidos como garbanzos que están arrugados y con una forma circular (Marure, 2018). 3 .1.3. Producción de garbanzo En el mundo, el país con más producción de garbanzos es la India (8,220,000 ton/año), seguido por Australia (513,338 ton/año), y Pakistán (496,000 ton/año) (Ávila-Miramontes, 2014).
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México se encuentra en el décimo lugar de producción de garbanzo y de los principales estados que producen son Sinaloa, Sonora, Baja California Sur, Jalisco, Michoacán, Guanajuato, San Luis Potosí y Oaxaca. El 80% de la producción nacional en el 2007 lo generó Sinaloa y Sonora. Actualmente en México la variedad blanca se produce en Sinaloa y tiene entre 42 y 46 semillas por 30 g (Ávila-Miramontes, 2014). 3 .1.4. Composición química del garbanzo El garbanzo cuenta un alto porcentaje de grasa y fibra (Tabla 1 ). Además, es una fuente muy grande de carbohidratos como también de proteínas (alrededor de un 80% del peso seco del grano) y la calidad de estas proteínas depende si el garbanzo fue hidrolizado (Vélez-Ruiz, 2017). Tabla 1. Composición química de leguminosas Leguminosa Proteína^ (%)^ Lípidos^ (%)^ Glúcidos (%)^ Fibra^ (%)^ Minerales^ (%) Frijol negro 26.9 1.6 66.9 1 3. Judía mungo 26.7 2.3 64 7.2 3. Garbanzo 22.7 5 66.3 3 3 Alubias 24.1 1.8 65.2 4.5 4. Chícharos 27.4 1.3 66.6 0.9 3. Lentejas 28.6 0.8 67.3 0.8 2. Chícharos 25.7 1.6 68.6 1.6 3 Composición química de leguminosas unidades (%). (Vélez-Ruiz, 2017) El contenido de proteínas de peso seco del garbanzo se encuentra entre (17-22%) y este aumenta cuando es descascarillado (25.3-28.9%). La proteína del garbanzo está en mayor proporción que en otras leguminosas como el frijol negro ( Vigna mungo L. ), el frijol rojo (Cajanus cajan L.) y la judía mungo (Vigna radiata L.). Una gran parte de las proteínas del garbanzo son principalmente de reserva y se clasifican con base a su solubilidad,
