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Tecnologia alternativa (extrusión) para la produccion de harinas de maiz nixtamalizadas
CIENCIACIERTA No.24  • 
octubre - dicembre 2011


Maíz
El maíz es una planta que domesticaron los antiguos habitantes de Mesoamérica, a partir de especies silvestres, específicamente del Teocintle (Asturias, 2004). Su nombre científico es Zea mays L. y pertenece a las gramíneas. A nivel mundial es el cereal de mayor volumen de producción, superando al trigo y al arroz; México ocupa el cuarto lugar a nivel mundial en producción (SIAP, 2007). El maíz contiene semillas que están unidos a una mazorca —los granos—contenida en una envoltura de hojas, y se reproduce por polinización cruzada. Está formado por cuatro partes físicas fundamentales: pericarpio, germen, endospermo, y pedicelo. El pericarpio se caracteriza por su elevado contenido de fibra cruda, el germen por un elevado contenido de grasas crudas, proteínas y minerales; el endospermo contiene proteínas, un contenido de grasas crudas relativamente bajo y un nivel elevado de almidón, mientras que el pedicelo está constituido mayoritariamente por celulosa (FAO, 1993).

El maíz ha sido la espina dorsal de la cultura mexicana.
fuente: http://saborgourmet.com/maiz-en-cazuela/

Esta gramínea se caracteriza por su gran variedad en tipos, entre los que está el maíz dentado, el dulce, el de corteza dura, el de harina, y el maíz reventador, entre otros. En cuanto a sus usos, el maíz es base de una gran variedad de productos, como cereales de desayuno, palomitas de maíz, aceite, harina y tortillas. El proceso para la elaboración de tortillas se llama nixtamalización, que significa “cocimiento del maíz con cal”, su nombre proviene del náhuatl Nextli (cenizas de cal) y Tamalli (masa de maíz cocida) (Paredes et al., 2009).

Nixtamalización
El fundamento y procedimiento del proceso tradicional de nixtamalización no ha variado con los siglos, independientemente de que el maíz cocido en agua con cal —nixtamal— vaya a ser molido mediante manipulación artesanal o en grandes instalaciones fabriles con modernos métodos de secado, para la producción de masa o harinas de maíz nixtamalizadas.

Este proceso consiste en el cocimiento del grano de maíz en suficiente agua (1:3) es decir, 1 kg de maíz por tres litros de agua, adicionando hidróxido de calcio Ca(OH)2 , sometido a una temperatura menor a la de ebullición, durante un tiempo de 30 a 45 minutos, dependiendo de la dureza del grano y dejándose reposar de 12 a 14 horas en el caldo de cocción llamado nejayote. Se lava eliminando los componentes orgánicos (pericarpio, germen y fracciones del endospermo), y el exceso de calcio (Arámbula et al., 2001). Se obtiene maíz nixtamalizado o nixtamal para la producción de masa, que es utilizada para la elaboración de tortillas tradicionales que son la fuente principal de calcio en la alimentación de los mexicanos.

Mediante el proceso anterior se le brinda suavidad al grano lo que permite que las tortillas tengan mayor calidad nutricional. También durante el proceso de cocimiento, la zeína, que es una proteína deficiente en lisina y triptófano, disminuye su solubilidad, mientras que la glutelina, que tiene un mayor valor nutricional, aumenta su solubilidad y con ello la disponibilidad de los aminoácidos esenciales (Martínez et al., 2002).

Durante el cocimiento del grano se llevan a cabo reacciones bioquímicas, entrecruzamientos e interacciones moleculares que modifican tanto las características fisicoquímicas, estructurales y reológicas de la masa, como las propiedades estructurales y de textura de la tortilla producida (Rodríguez et al., 1996). Estos cambios se deben principalmente a modificaciones que ocurren en la estructura del almidón, debido a que la masa resultante es una mezcla constituida por los polímeros del almidón mezclados con gránulos de almidón parcialmente gelatinizado, gránulos intactos, partes del endospermo y lípidos. Estos componentes forman una malla compleja heterogénea dentro de una fase acuosa continua (Gómez et al., 1987), además de la reasociación de la amilosa y la amilopectina que dependiendo del tiempo y la temperatura, modifican constantemente el contenido total de agua (Pflugfelder et al., 1988) y su distribución dentro del maíz.

Nixtamal, cuya etimología se encuentra en nahuatl:
Nextli (cenizas de cal) y Tamalli (masa de maíz cocida)
fuente: http://gastronomiaycia.com/-genetica-del-maiz-mexicano/

La nixtamalización tiene algunas inconvenientes, tales como un largo tiempo de procesamiento (la eficiencia energética del cocimiento con gas LP es baja) y pérdidas de vitaminas, minerales, proteínas, grasa y fibra (Figueroa, 2004). Además, está asociado a problemas de contaminación con la generación de efluentes contaminantes con un alto nivel de sólidos solubles (se producen 3 – 10 L de agua/kg de maíz).Todos estos factores son de importancia nutricional y comercial para la industria de la tortilla y harina de maíz nixtamalizadas (Paredes y Saharópulos, 1983).

Tecnologías alternativas
Debido a los inconvenientes que presenta el proceso tradicional de nixtamalización, han surgido investigaciones para el desarrollo de nuevas tecnologías para la producción de masas y harinas de maíz nixtamalizadas, que cumplan con el objetivo de minimizar o eliminar estos problemas. Entre ellas se pueden citar el tratamiento de secado por calor (Johnson et al., 1980), el uso de microondas (Martínez Bustos et al., 2000), la extrusión (Bazúa, et al., 1979), el cocimiento óhmico, el cocimiento de tortilla con baja frecuencia y el cocimiento de tortilla por infrarrojo (Figueroa, 2004). Estas tecnologías alternativas son procesos ecológicos que reducen el consumo de agua, disminuyen el gasto energético, reducen los tiempos de procesamiento, aumentan el rendimiento del producto y se aprovecha íntegramente el grano de maíz.

Extrusión
De entre algunas de las tecnologías alternativas conocidas tomamos la extrusión (del latín “extrudere” que significa forzar un material a través de un orificio .http://etimologias.dechile.net), proceso mediante el cual una mezcla de materiales se somete a fuerzas de presión y cizalla, que transforman su estructura molecular permitiendo crear nuevas formas y texturas. Este proceso combina varias operaciones como mezclado, calentamiento, cizallamiento y formación (Administrador, 2009). El cizallamiento es el componente de la tensión tangencial aplicado al plano en el cual actúan las fuerzas (Malcolm, 2002).

La extrusión de alimentos es un proceso en el que un material (grano, harina o subproducto) es forzado a fluir, bajo una o más de una variedad de condiciones de mezclado, calentamiento y cizallamiento a través de una boquilla diseñada para dar forma o expandir los ingredientes (Apro et al., 2000). Puede realizarse en frío donde el material se extruye sin expansión o en caliente (cocción-extrusión) donde las macromoléculas de los componentes pierden su estructura nativa discontinua y se forma una masa continua y viscosa en la que se dextriniza y gelatiniza el almidón, se desnaturalizan las proteínas, se inactivan las enzimas responsables de posibles deterioros, se destruyen algunos compuestos antinutricionales y se disminuye la carga microbiana (Administrador, 2009).

Agua de deshecho de Najayote


En la cocción por extrusión los materiales son procesados por la combinación de varios factores tales como presión, temperatura, esfuerzos mecánicos, la relación agua-almidón, morfología, tamaño de partícula y relación de amilosa-amilopectina (Lai, 1991). Todos estos factores dañan la estructura del almidón dando como resultado la gelatinización, fusión, fragmentación y dextrinización.

El extrusor fuerza al grano a fluir a través de una boquilla diseñada para dar forma a expandirlo.

La gelatinización es la ruptura de la ordenación de las moléculas en los gránulos de almidón, que genera el hinchamiento irreversible, la pérdida de la birrefringencia y la pérdida de la cristalinidad en el gránulo del almidón (Fennema, 2000). El calentamiento continuo de los gránulos de almidón en exceso de agua da como resultado un mayor hinchamiento, lixiviación de los componentes solubles y alta fuerza de cizalla (Fennema, 2000). Cuando la velocidad del tornillo sinfín es muy alta, se produce una mayor fuerza de cizalla en el extrusor, incrementando de esta forma la degradación molecular o un severo daño en las moléculas (Vergnes et al., 1987). El alto cizallamiento se relaciona directamente con la alta energía mecánica específica, altas temperaturas y baja humedad, alternamente aumenta la desestructuración y la dextrinización molecular del almidón (Murúa et al., 2008). La dextrinización es el mecanismo predominante de la fragmentación del almidón durante el proceso a baja humedad y alto cizallamiento (Goméz y Aguilera, 1984). Sin embargo, el bajo cizallamiento permite un contenido de humedad relativamente alto entre 15 y 40% y un tiempo de residencia relativamente alto en la fase de cocción del proceso. En la extrusión por bajo cizallamiento resulta un grado de gelatinización alto y uniforme, además de que disminuye la dextrinización (Stanley et al., 1988).

Actualmente, se muele este maíz en molinos eléctricos.
Siglos pasados lo hacían a mano en el metate, que anteriormente era soportado su peso sobre los muslos.

Conclusión
La gelatinización y la dextrinización son daños ocasionados principalmente por las altas temperaturas y por fuerzas de cizalla altas, si estos factores se controlaran por un sistema mecatrónico de bajo cizallamiento se estaría disminuyendo el grado de gelatinización y dextrinización en el almidón de maíz, por lo tanto se obtendría una alta calidad en las harinas de maíz nixtamalizadas y por ende en la elaboración de tortillas. Además, se estarían contrarrestando los problemas ambientales con esta tecnología alternativa que origina el proceso tradicional de nixtamalización. Cabe mencionar que un sistema mecatrónico de transporte con bajo cizallamiento está basado en los principios de la extrusión pero eliminando la parte del cizallamiento, es decir, que el transporte del material y calentamiento se va hará por separado.

Referencias bibliográficas
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Referencias bibliográficas.
 
CIENCIACIERTA No. 24 Año 6 octubre - diciembre 2010
 
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