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Diaeta

On-line version ISSN 1852-7337

Diaeta vol.29 no.137 Ciudad Autónoma de Buenos Aires Dec. 2011

 

ARTÍCULO ORIGINAL

El potencial del topinambur en la salud y la nutrición

The potential of Jerusalem Artichokes in health and nutrition

 

Scollo D1, Ugarte M2, Vicente F3, Giraudo M4, Sánchez Tuero H5, Mora V6

1 Lic. en Ciencia y Tecnología de los Alimentos.
2 Mgter. en Tecnología de Alimentos.
3 Ingeniero Químico.
4 Doctor.
5 Bioquímico.
6
Técnico de Laboratorio.
Universidad Nacional de Lanús. Carrera de Ciencia y Tecnología de los alimentos. Departamento de Desarrollo Productivo y Tecnológico. Laboratorio de Fermentaciones Industriales

Correspondencia: mgiraudo@unla.edu.ar

Recibido: 20/07/2011.
Aceptado en su versión corregida: 30/11/2011.


Resumen

Introducción: El topinambur es un tubérculo con alto contenido en inulina. La inulina es un carbohidrato soluble no digerible que está presente en muchos vegetales, frutas y cereales siendo usada ampliamente como ingrediente en alimentos funcionales.
Objetivo: Obtener tubérculos de topinambur, fijar distintos parámetros de extracción de inulina y preparar diversos alimentos, reemplazando parte de las harinas tradicionales por harina de topinambur. Se propuso, además, evaluar la preferencia de los consumidores sobre los mismos.
Material y métodos: Se sembraron y cosecharon tubérculos de topinambur partiendo de 4 parcelas con diferentes condiciones de riego y fertilización. Los mismos se conservaron a variadas temperaturas. Se determinó el contenido de inulina por HPLC y se realizó la extracción de la misma de los tubérculos. A partir de los tubérculos cosechados en la parcela 3 se elaboraron harinas que fueron utilizadas para reemplazar parcialmente a la harina de trigo en la preparación de diferentes productos alimenticios. Sobre los mismos se realizó una evaluación de preferencia.
Resultados
: El rinde de la cosecha fue mayor en la parcela 3 (tierra fértil y riego según necesidades), 91 ton/Ha. El método de conservación más adecuado fue el frío, sin embargo no se utilizaron estos tubérculos para la extracción de inulina. Los productos alimenticios obtenidos fueron considerados adecuados por los jueces intervinientes.
Conclusiones: la elaboración de productos alimenticios a partir de harina de topinambur podría ser una alternativa de alimento funcional por su contenido de inulina.

Palabaras clave: Inulina; Fructanos; Prebiótico; Alimento funcional; Cultivo.

Abstract

Introduction: The Jerusalem artichoke Is a tuber high in inulin. Inulin is a soluble non-digestible carbohydrate that is present in many vegetables, fruits and cereals and is widely used as an ingredient in functional foods.
Objective: To get Jerusalem artichoke tubers, set various parameters for extraction of inulin and prepare various foods, replacing part of the traditional flour by Jerusalem artichoke flour. The objective was also to assess consumer preference over them.
Material and methods: We planted and harvested four plots with Jerusalem artichoke tubers, all with different conditions of irrigation and fertilization. They were stored at various temperatures. Inulin content was determined by HPLC and extracted from the tubers. From the tubers harvested in plot 3 we prepared flours that were used to partially replace wheat flour in the preparation of different food products, on which an evaluation of preference was carried out.
Results: The crop yield was higher in plot 3 (fertile land and irrigation upon need), 91 ton / Ha. Cold storage was the most appropriate method of preservation, but these tubers were not used for the extraction of inulin. Food products obtained were deemed appropriate by the judges involved.
Conclusions: The elaboration of food products from Jerusalem artichoke flour could be an alternative to functional foods due to its content of inulin.

Keywords: Inulin; Fructans; Prebiotic; Functional food; Crop.


Introduccion

Una de las principales fuentes de inulina en la naturaleza es el tubérculo de topinambur (Heliantus tuberosus) (ver Tabla I). Tuvo su origen en Hawai, de allí pasó a América del Norte y fue introducida a Europa por medio de los colonizadores franceses a principios del siglo XVI, los que iniciaron su comercialización como verdura para consumo humano ("sunchokes"). Tiene potencial productivo como forraje para ganado, para la producción de etanol y fructosa (1-4). Pertenece a la familia de las Asteraceaesó Compuestas (incluida la alcachofa o alcaucil). Los tubérculos almacenan, en vez de almidón, el polisacárido inulina (ver Figura 1), carbohidrato que por acción enzimática y/o medio ácido y calor se transforma en fructosa.

Tabla I. Contenido de Inulina en distintas especies vegetales.

Composición química

Dado el alto contenido de hidratos de carbono solubles e inulina en los tubérculos frescos y el bajo contenido de proteína bruta, se destaca que su valor energético es superior al grano de maíz/Hectárea (Ha). Los rindes máximos de polisacáridos solubles en topinambur (inulina) son de 16 ton/Ha, mientras que en maíz son de 12 ton/Ha (almidón) (Ver Tabla II).

Tabla II. Composición química de raíces y tubérculos de Topinambur

Las especies con mayor contenido en inulina la almacenan en la parte subterránea de la planta. Otras especies (por ejemplo en la familia Gramineae) presentan altos contenidos de fructanos en sus partes aéreas, pero con bajo rendimiento de extracción a nivel industrial.
Después del almidón, los fructanos son los polisacáridos no estructurales más abundantes en la naturaleza, presentes en muchas especies de plantas, en hongos del tipo Aspergillus sp y en bacterias, en las cuales prevalece el fructano del tipo levano.
Entre las especies de plantas que producen fructanos se identifican las del grupo Liliaceae (ajo, cebolla, espárrago, ajopuerro) y Compositae (achicoria, topinambur y yacon).

Posibles aplicaciones de los tubérculos

• La hidrólisis del polisacárido produce fructosa y un 10% de glucosa, para la obtención de jarabe de alta fructosa.
• Producción de harina integral para la elaboración de productos alimenticios "funcionales".
• Obtención de mostos concentrados para la producción de bioetanol.

Aspectos Nutricionales

La presencia de inulina o sus derivados en la formulación de un alimento es condición suficiente para que pueda ser considerado como "alimento funcional", que por definición sería aquel que contiene un componente o nutriente con actividad selectiva beneficiosa, lo que le confiere un efecto fisiológico adicional a su valor nutricional (2). El efecto positivo sobre la salud se refiere a una mejoría de las funciones del organismo o a la disminución del riesgo de una enfermedad.
El topinambur presenta en su composición química un valor promedio de 76% de inulina ms (materia seca, ver Tabla I), la cual está constituida por moléculas de fructosa unidas por enlaces β(2→1) fructosilfructosa, siendo el término "fructanos" usado para denominar este tipo de compuestos (5). Las cadenas de fructosa tienen la particularidad de terminar en una unidad de glucosa unida por un enlace "α (1,2)".
Dentro del grupo de los fructanos, la inulina presenta un grado de polimerización que varía entre 2 y 60 unidades (6). Todos ellos por su configuración química no pueden ser hidrolizados por las enzimas digestivas del hombre y de animales, por lo que permanecen intactos hasta el colon y allí son hidrolizados y fermentados en su totalidad por las bacterias de la flora intestinal. De esta manera, este tipo de compuestos se comportan como fibra dietética (7), y dentro de ésta, como fibra funcional (carbohidratos no digeribles aislados que presentan efectos fisiológicos beneficiosos en los seres humanos) (8).
Entre los efectos positivos para la salud, se destacan la función de fibra dietética (9) y la capacidad de actuar como prebiótico (10). Según Rao, 4 g de inulina diarios son efectivos para incrementar el número de bacterias benéficas en el colon (11). También tienen aporte energético reducido (1,5 kcal/g) y efecto hipoglucemiante (12); alto contenido en minerales, especialmente una relación entre sodio y potasio adecuada para patologías que presenten hipertensión (13). Además, la harina producida a partir del topinambur no forma gluten, lo que la hace apta para celíacos. Otra cualidad que presenta ésta fibra es que desde 1992 ha sido aceptada como ingrediente GRAS (generalmente reconocido como seguro) por la FDA, lo cual indica que puede usarse en formulaciones alimenticias incluso en las destinadas para infantes (14).

Objetivo

El objetivo de este trabajo de investigación fue obtener tubérculos de topinambur mediante el sembrado, estudiar la conservación postcosecha de los mismos, determinar los parámetros de extracción de la inulina y finalmente, preparar diversos productos alimenticios partiendo de su harina, y medir la aceptación de los mismos por parte de los consumidores.

Materiales y metodos

Siembra y Recolección

Se eligieron parcelas de campo en la zona de la depresión del Salado, Provincia de Buenos Aires, que fueron preparadas adecuadamente mediante los siguientes procedimientos: roturación, rastreado, discado, preparación de los surcos y siembra manual. Se sembraron tubérculos de topinambur conservados en tierra, obtenidos de la empresa Anahí SRL de la Prov. de Río Negro. Se hace la salvedad que ellos contenían brotes. Debido a la distancia entre el origen y la zona de siembra (1200 km), los tubérculos sufrieron una parcial deshidratación y crecimiento parcial de hongos delgénero Aspergillus. Por ese motivo, los mismos fueron hidratados durante 24 horas antes de la siembra.
Se diseñó el experimento sobre 4 parcelas de aproximadamente 25 x 20 m. Los surcos estaban ubicados a 50 cm entre sí y cada 25 cm se sembró un tubérculo. La primera parcela era tierra arenosa y presentaba fácil drenaje del agua. La misma no fue, durante toda la experiencia, regada ni abonada. La segunda parcela era de tierra fértil pero, al igual que la anterior, tampoco fue regada ni abonada. La tercer parcela era de tierra fértil similar a la anterior, pero a diferencia de ella, fue regada según las necesidades que presentaba el cultivo. La cuarta parcela era de tierra fértil a la que se le agregó una dosis adecuada de urea y fosfato al inicio de la siembra. El riego fue similar a la parcela anterior.
Las parcelas fueron sembradas entre septiembre y noviembre, emergiendo el brote a la siguiente semana. Este proceso finalizó al mes.

Conservación

Se procedió al secado de los tubérculos obtenidos (enteros y rallados) en estufa de bandeja como así también en lecho fluidizado, usando diferentes temperaturas: 45, 55 y 85º C.
Con el objetivo de conservar los tubérculos cosechados, se usaron diferentes procedimientos: a) conservarlos enteros y enfriándolos entre 2 a 5 º C; b) enfriarlos enteros entre 5 y 8º C; c) mantenerlos a temperatura ambiente.

Extracción

La extracción de la inulina fue, en todos los casos, a partir del tubérculo recién cosechado para evitar la degradación del biopolímero.
Se procedió a lavar los tubérculos recién extraídos y molerlos finamente usando molino a martillo. Se trató el producto con agua caliente (peso de material = peso de agua agregada) entre 50 a 60º C durante 10 a 15 minutos con agitación. Se obtuvo un producto pastoso que debió ser sometido a un prensado hidráulico (2 kg/cm2). Se procedió a lavar la torta en la proporción de una parte del tubérculo inicial a 1,5 partes de agua tibia. Se hidrató agitando durante 15 minutos y finalmente se prensó (1,3).
El primer jugo se hirvió para reducir el nivel de contaminación y posteriormente se concentró a 50-60ºC usando vacío. Dicha solución azucarada se conservó a temperatura ambiente en condiciones de anaerobiosis.
El expeller fue secado a 75º C durante 1 hora en estufa de bandejas.

Determinación analítica de la inulina

El contenido de inulina presente en jarabes, tubérculos húmedos y secos e inulina seca se determinó por HPLC (15). Como método rápido se utilizó el método
colorimétrico de Mc Rary (16) que fue correlacionado con el método HPLC.
El azúcar glucosa se determinó por elmétodo Trinder (17).

Preparación de alimentos conteniendo inulina

Con el fin de disminuir el sabor típico de la raíz (fuerte gusto a vegetal), se procedió a macerar el tubérculo fresco a temperatura ambiente sumergiéndolo durante 72 hs en una solución al 0,5% de ácido acético y ácido láctico respectivamente (datos experimentales de nuestro laboratorio). Se escurrieron y colocaron las raíces en bandeja de la estufa a 70ºC hasta peso constante.
Se molieron con molino de laboratorio hasta obtener la mínima granulometría de la harina (este procedimiento mejoró el sabor y el aroma del producto final, lo mismo que la textura, siendo menos granulosa al paladar) siendo ésta usada en la preparación de panificados.
Los alimentos diseñados y realizados fueron:
• Pan integral de topinambur
• Pan de topinambur multisemillado
• Barritas de cereal y topinambur
• Alfajores con harina de topinambur
Los productos alimenticios diseñados fueron realizados utilizando los procedimientos tradicionales (receta básica) correspondientes a cada caso, reemplazando parte de las harinas comúnmente utilizadas por la harina preparada a partir de topinambur, quedando la mezcla de harinas empleada con 50% (para ambos panes) y 70% (para la masa de alfajores y barrita de cereal) de harina de topinambur, las cuales presentaron la siguiente composición:
• Pan integral y multisemillado (cada 100 g de producto): harina preparada (50% integral-50% topinambur) 89,6%; aceite de girasol 4%; levadura fresca 2,7%; sal (NaCl) 0,9%; azúcar 1%; agua c/s; semillas de chía, sésamo, girasol y amapola c/s (en el pan multisemillado).
• Barritas de cereal y topinambur (cada 100 g de producto): harina preparada 6,5% (70% harina de topinambur); avena tostada 32,3%; miel 32,3%; esencia de chocolate líquido c/s; colorante chocolate c/s; maíz inflado 6,5%; quinoa inflada 3%; frutas desecadas 19%.
• Alfajores de topinambur: se utilizó la mezcla preparada que contenía el 70% de harina de topinambur para la realización de las tapas, el relleno fue de dulce de leche comercial reducido en grasas.
La formulación de las tapas fue la siguiente (cada 100 g de producto): harina preparada 65%; agua c/s; almidón 13%; huevo 13% almidón modificado 6,5%; sucralosa 0,04%; extracto de malta 10,4%; polvo de hornear 2,6%; bicarbonato de amonio 2 %; sabor chocolate c/s; MEG 2,6%.
Con dos de los alimentos (barritas de cereal y pan integral) se realizó una prueba de preferencia del producto con 80 jueces consumidores, siendo éstos, los alumnos de la Licenciatura en Ciencia y Técnica de Alimentos (40 jueces) y los alumnos de otras carreras de la Universidad (40 jueces).
En éste tipo de prueba, se desea únicamente saber si los jueces prefieren una muestra determinada sobre otra.
Se dio en cada juicio dos muestras para comparar,
• Pan integral con harina de topinambur vs pan integral con harina Graham realizado en el laboratorio, ambos con la misma formulación y procedimiento.
• Barrita de cereal con harina de topinambur vs barrita de cereal comercial sabor chocolate.
Los resultados de la evaluación sensorial se procesaron mediante análisis estadístico utilizando la tabla de
significancia para las pruebas de dos muestras, en columna de prueba de dos colas, con 5% de nivel de probabilidad (18) la que establece el número mínimo de respuestas coincidentes para que haya diferencia significativa (Ver Anexo)

Resultados

Siembra y recolección

La brotación fue muy despareja debido a las diferentes condiciones experimentales en que fueron sembrados los cultivos.
La altura alcanzada por las plantas según la parcela en la que fueron sembradas fue la siguiente: a) primera parcela 0,50 m; b) segunda parcela 1,20 m;
c) tercera parcela 1,40 m de altura y d) cuarta parcela 1 m, presentando un gran número de varas.
La floración comenzó a mediados de enero en todas las parcelas, excepto la primera. Las parcelas 2 y 4 presentaron escasas flores.
A finales de abril comenzó el secano (periodo sin lluvias). La cosecha se realizó desde junio hasta julio.
El rinde obtenido según la parcela en la que fueron sembrados los tubérculos fue el siguiente: a) primera parcela 24,5 ton/Ha; b) segunda parcela: se obtuvieron numerosos tubérculos pero la mayoría de ellos eran pequeños (rinde de 56,9 ton/Ha); c) tercer parcela: se obtuvieron numerosos tubérculos siendo en su mayoría grandes (rinde de 91 ton/Ha) y d) cuarta parcela: se obtuvieron los tubérculos de mayor tamaño pero en menor cantidad (rinde de 140 ton/Ha).

Conservación

Se observó que el frío como sistema de conservación fue útil en el caso de usar los tubérculos para una posterior siembra. De todos modos, esta variante no fue usada como sistema de conservación para los tubérculos utilizados posteriormente en la elaboración de harinas, ya que su efecto fue negativo porque produjo hidrólisis del biopolímero, es decir destrucción de la inulina.
Con respecto al secado en bandejas, si el tubérculo estaba entero se precisó más de 48 hs para secarlo a 60 y 80º C.
Además, se observó que de 10 a 25% del polímero era hidrolizado durante el secado. Una consecuencia de este procedimiento es la gomosidad que presentaban los tubérculos resultantes, los que eran en general, de muy difícil molienda.
Para el secado en lecho fluidizado lo más conveniente fue rallarlo previamente y secarlo a 70º C durante 2 horas hasta peso constante.
Las muestras conservadas a temperatura ambiente presentaron crecimiento de hongos, lo que hizo que se las desechara.
Los tubérculos conservados entre 2 a 5º C se mantuvieron inalterados durante 3 meses, pero al final de este período aparecieron colonias superficiales de Aspergillus y Penicillum, las que fueron determinadas microscópicamente por el color de las esporas y su fructificación.
En el caso de la conservación a 5 a 8º C, al final del primer mes aparecieron brotes y colonias de hongos superficialmente.

Extracción del biopolímero

Se obtuvo una solución azucarada (jarabe) con un contenido de sólidos solubles totales, determinados por índice de refracción, de aproximadamente 60%.

Datos Analíticos

En la figura 2 se muestra el cromatograma obtenido a partir de un estándar de inulina por el método de Zuleta (15). El pico de inulina corresponde a un tiempo de retención de 6,4 minutos, mientras que el otro pico es el de oligofructosa, correspondiente a la degradación del biopolímero, es decir ruptura de la cadena polisacárida.


Figura 2: Cromatograma de un estándar de inulina.

En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos por HPLC en las diferentes experiencias realizadas.

Tabla 3: Resultados experimentales obtenidos donde se especifican los datos para los dos polímeros.

Es un hecho que debe ser resaltado que los tubérculos debieron cosecharse y procesarse inmediatamente después de su recolección, debido a la gran inestabilidad del biopolímero el que se hidroliza rápidamente originando numerosos oligosacáridos de menor peso molecular.
Es importante aclarar también que cuando los tubérculos fueron conservados en heladera (4 ºC) durante 3 meses, se obtuvo 0,21% de inulina ms; en las muestras conservadas a temperatura ambiente, después de 6 meses, el contenido en inulina fue del 0,54% ms; en las muestras secadas a 60 ºC, después de 6 meses, el contenido en inulina fue del 0,48% ms. En todos estos casos, el cromatograma detectó numerosos productos de degradación (polímeros de cadenas más cortas).
Para los dos productos sometidos a evaluación sensorial (pan integral y barrita de cereal), la prueba de aceptación arrojó los siguientes resultados:
a) Pan integral: del total de 80 jueces 62 prefirieron el pan realizado con topinambur y 18 jueces prefirieron el pan integral con harina Graham realizado en el laboratorio.
b) Barrita de cereal: del total de 80 jueces, 76 prefirieron la barrita con harina de topinambur, mientras que sólo 4 prefirieron la barrita de cereal comercial.

Aspectos fisiológicos

Saciedad: Algunos jueces mencionaron la falta de "sensación de hambre" durante varias horas postingesta. Esto podría deberse al elevado contenido de fibra dietética soluble que presenta el topinambur (inulina).
Efecto laxante: Otros jueces presentaron el mismo día de la prueba un leve aumento en sus deposiciones, siendo este un efecto pasajero que al día siguiente desapareció. También atribuible al alto contenido de fibra soluble.

Discusión y conclusiones

Con respecto a siembra y recolección, la parcela cuatro fue la que obtuvo los mejores resultados, dependiendo entonces el resultado de las condiciones de siembra. En el caso de la conservación no se encontró un sistema adecuado que permita obtener la inulina como biopolímero, sin embargo la misma se realizó fácilmente.
Se han elaborado cuatro productos alimenticios de gran consumo en la población actual, con una harina no conocida hasta el momento. La misma, por el
elevado contenido en inulina que posee, actúa como un ingrediente bioactivo con características saludables diferentes al producto utilizado tradicionalmente. Convierte a estos productos en "funcionales", debido al aporte que realizan en la preservación de la salud.

Aspectos sensoriales de los productos obtenidos

Teniendo en cuenta que para la interpretación de los resultados se toma como referencia la Tabla de significancia para pruebas de dos muestras (19), utilizando la columna de "prueba de dos colas", y trabajando con un nivel de significancia de 5% (17), para ambos productos (pan integral y barrita de cereal), la preferencia por los productos realizados a partir de la harina de topinambur fue significativa, dado que para 80 juicios emitidos, 50 deben, como mínimo, preferir el producto evaluado, habiéndose superado ese número en los dos productos.
Se puede ver por lo tanto que, a pesar de no tener la costumbre del consumo de la harina de topinambur, los productos elaborados tuvieron buena aceptación por los consumidores en general.
En los comentarios agregados, principalmente para la barrita de cereal se resalta un gusto particular "agradable y dulce", y para el pan integral en 10 juicios fue resaltado el color más homogéneo y oscuro lo que hizo que fuera seleccionado el pan con topinambur.
Cabe destacar que la información obtenida por ésta prueba es limitada y no se relaciona con la intención de compra o la capacidad de resaltar características organolépticas en el producto

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