Elaboración de harina a partir del cormo de la yautía (Xanthosoma a spp.) del cultivar nazareno con potencial uso en la industria de alimentos

Abstract

The Nazareno cultivar of the cocoyam root crop (Xanthosoma spp.) is a new hybrid that retains the best properties of this specie. Therefore, it is desirable to take advantage of the whole major storage organs, primordially the whole corm (central stem), which constitutes most of the plant’s body. However, the corm cannot be consumed in its natural form given its high calcium oxalate content, which represents an antinutritional factor that imparts acridity and an astringent- sour taste. The goal of the present study was to develop a multipurpose flour of this cultivar as a means to provide a value-added option as well as a potential flour alternative in the food industry. The corms were planted in the Agriculture Experimental Station at Isabela, harvested after 10 months and subsequently processed in the pilot plant of the Food Science and Technology Program of the University of Puerto Rico at Mayagüez. These were divided in three sections (distal, middle and apical), peeled, cut, dehydrated and milled. The flour was submitted to three physical processes including soaking in water, sun-drying and boiling to reduce the oxalate content, which was quantified by permanganometry. The process that proved most effective was soaking in distilled water for 72 h at 28 °C in constant shaking, providing a 77 % oxalate reduction. Taking into account the efficiency of the soaking process, flour was produced in large scale. Several physical properties were assessed such as true and bulk density, porosity, water activity (aw), and whiteness index. The study also encompassed different chemical properties including proximate composition, dietary fiber, reducing sugars, pH, starch by spectrophotometry, amylose and amylopectin by high performance size exclusion chromatography (HPSEC), minerals by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), saponins, phytates and tannins and oxalate by permanganometry. Similarly, functional properties were evaluated such as water and oil absorption, water solubility index, emulsifying capacity, gelatinization profile by differential scanning calorimetry (DSC) and pasting profile by viscometry. Additionally, sorption isotherms were determined at three different temperatures (10, 25 and 40 °C) and the microbial stability was assessed during a 9-month period of storage at room temperature. Two products were developed and the level of acceptance was evaluated by means of sensory analysis. Results suggest that the soaked cocoyam flour has a high dietary fiber content (15.4 % insoluble fiber and 2.8 % soluble fiber) and is essentially energy-rich given its high starch content (60.5 %), where 85.04 % is amylopectin. The most abundant minerals were potassium (19.09 mg/g), calcium (2.53 mg/g) and phosphorus (2.01 mg/g). The antinutritional content analysis showed low levels for saponins (0.10 %) and tannins (0.07 %), while levels of phytates were not detected. The flour showed a low emulsifying capacity (5.4 %), and a good water (9 – 11 g water/g flour at 90 and 100 °C) and oil (1.2 g water/g flour) absorption capacity. The gelatinization temperature of the flour was high, ranging from 81.81 to 89.58 °C. The flour paste was stable during heating (breakdown = 2.30 RVU) and unstable during cooling (setback = 35.14 RVU). The Double Log Polynomial (DLP) model was the one that best adjusted to the sorption isotherms (R2 > 0.99). The moisture content (6.55 %) and aw (0.35) were both low, producing unfavorable conditions for microbial proliferation. This could explain the high microbial stability observed after being stored for 9 months at room temperature. The sensory tests for both cookies and soups revealed a high level of general acceptance with scores ranging between 7 and 8 (“I like it moderately” and “I like a lot”) based on a 9-point hedonic scale. Furthermore, the versatility of the flour was evident in other preparations including pasta, sauces and crêpes. Consequently, the cocoyam flour represents a raw material suitable for human consumption with a great potential in the food industry for the elaboration of different products, turning it into a value‒added food product and thus, an economically feasible alternative for farmers that harvest this root crop in Puerto Rico.

La yautía del cultivar Nazareno (Xanthosoma spp.) es un nuevo híbrido que reúne las mejores características de esta especie. Por tal razón, se quiere aprovechar de manera integral los órganos de reserva, principalmente el cormo (tallo central), el cual constituye una gran parte del cuerpo de la planta. Sin embargo, el cormo no puede ser consumido de forma natural debido a su alto contenido de oxalato de calcio, el cual constituye un factor antinutricional e imparte acritud y sabor amargo-astringente. El objetivo de este estudio fue elaborar harina multiuso a partir del cormo de la yautía del cultivar Nazareno con el fin de proveer un valor agregado a este cultivo y brindar una alternativa potencial en la industria de alimentos. Los cormos fueron sembrados en la Estación Experimental de Isabela, cosechados a los 10 meses y procesados en la planta piloto del Programa de Ciencia y Tecnología de Alimentos del Recinto Universitario de Mayagüez. Estos fueron divididos en 3 secciones (distal, medio y apical), pelados, cortados, deshidratados y molidos. La harina fue sometida a 3 procesos físicos, tales como remojo en agua, secado al sol y cocción para reducir el contenido de oxalato, el cual fue cuantificado por permanganometría. El proceso más eficiente resultó ser el remojo en agua destilada a 28 °C durante 72 h en agitación constante, consiguiendo reducir el contenido de oxalato en un 77 %. Teniendo en cuenta la eficiencia del proceso de remojo, se elaboró harina a gran escala. Se evaluaron propiedades físicas tales como densidad real y aparente, porosidad, actividad de agua (aw) e índice de blancura. Además, se determinaron propiedades químicas tales como composición proximal, fibra dietaria, azúcares reductores, pH, almidón por espectrofotometría, amilosa y amilopectina por cromatografía de exclusión por tamaño de alta resolución (HPSEC), minerales por espectroscopía de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES), saponinas, fitatos y taninos y oxalato por permanganometría. Asimismo, se evaluaron propiedades funcionales como la capacidad de absorción de agua y aceite, índice de solubilidad en agua, capacidad emulsificante, perfil de gelatinización por calorimetría diferencial de barrido (DSC) y perfil de empastamiento por viscosimetría. También se determinaron las isotermas de sorción a 3 temperaturas diferentes (10, 25 y 40 °C) y se evaluó la estabilidad microbiológica durante 9 meses de almacenamiento a temperatura ambiente. Conjuntamente, se desarrollaron 2 productos y se evaluó el grado de aceptabilidad de los mismos. Según los resultados obtenidos, la harina de cormo remojada es un alimento rico en fibra dietaria (15.4% fibra insoluble y 2.8% de fibra soluble) y es esencialmente energético debido a su alto contenido de almidón (60.5%), cuyo 85.04 % es amilopectina. Los minerales más abundantes fueron el potasio (19.09 mg/g), calcio (2.53 mg/g) y fósforo (2.01 mg/g). Los contenidos de factores antinutricionales como saponinas (0.10 %) y taninos (0.07 %) fueron bajos, mientras que los fitatos no fueron detectados. La harina presentó una baja capacidad emulsificante (5.4 %), buena capacidad de absorción de agua (9 – 11 g agua/g harina a 90 y 100 °C) y de aceite (1.2 g aceite/g harina). La temperatura de gelatinización de la harina fue alta, fluctuando entre 81.81 y 89.58 °C. La pasta de la harina fue estable durante el calentamiento (breakdown = 2.30 RVU) e inestable durante el enfriamiento (setback = 35.14 RVU). El modelo que mejor se ajustó a las isotermas de sorción de la harina fue el Double Log Polynomial (DLP) (R2 > 0.99). El contenido de humedad (6.55 %) y el aw (0.35) fueron bajos, lo cual no es favorable para el crecimiento microbiano. Esto podría explicar que haya sido microbiológicamente estable durante los 9 meses de almacenamiento a temperatura ambiente. En la prueba sensorial de las galletas y la sopa, se obtuvo un alto grado de aceptación general correspondiente a puntajes entre 7 y 8 (“me gusta moderadamente” y “me gusta mucho”) basado en una escala hedónica de 9 puntos. Además se logró probar la utilidad de la harina en otras preparaciones, incluyendo pasta, salsas y crepas. Consecuentemente, la harina de cormo constituye una materia prima apta para el consumo humano y con gran potencial en la industria de alimentos para la elaboración de diferentes productos, convirtiéndose en un alimento de valor añadido, y por ende, en una alternativa económicamente viable para los agricultores que cultivan yautía en Puerto Rico.