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Desactivación de antinutrientes en semillas oleaginosas con diferentes métodos y combinaciones de temperatura y tiempo. Observaciones sobre las harinas de semillas oleaginosas de calidad y consistentes.

Publicado el: 7/8/2018
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Las semillas oleaginosas se cultivan en todas partes del mundo y son importantes fuentes de proteínas y aceites vegetales para animales y seres humanos. Además de extraer el aceite, el objetivo principal del procesamiento de la soya y las semillas oleaginosas es desactivar los antinutrientes que se encuentran en ellas de forma natural, para así poder producir harinas de alta calidad y con alto contenido de proteínas. Esto es fundamental dado que los antinutrientes, como los inhibidores de tripsina, actúan como mecanismos naturales de defensa de las plantas que interfieren con la digestión de las proteínas en el tracto digestivo de los animales haciendo que estos prefieran no consumirlas. De hecho, si la soya y las semillas oleaginosas no se calientan lo suficiente para desactivar sus antinutrientes al producir la harina, se reducirá el crecimiento y se afectará la digestión del animal que las consuma (1-2).

En este artículo se examinarán dos métodos diferentes de desactivación de antinutrientes. Aun cuando ambos métodos emplean un proceso de calentamiento, cada uno utiliza temperaturas y tiempos muy diferentes. Es indispensable comprender el modo en que estas diferencias en el procesamiento pueden afectar la calidad de la harina resultante.

La mayoría de las harinas de semillas oleaginosas que se usan en el mundo se obtienen a partir de un proceso que comienza con la extracción del aceite mediante solventes, para luego someter las semillas a un proceso de tostado/eliminación de solventes (conocido en inglés como d-t: desolventizing/toasting) a fin de eliminar la mayor cantidad posible del solvente residual y calentar los materiales para desactivar sus antinutrientes.  Encontré algunos datos con décadas de antigüedad sobre el proceso de desarrollo del d-t, específicamente orientado a la producción de harina de soya para consumo animal (3).  Se usaron variaciones del tiempo de calentamiento y la temperatura en el proceso de d-t, así como otras variantes, para determinar qué combinaciones lograban desactivar adecuadamente los inhibidores de tripsina en la soya.  Algunos de estos datos aparecen en la figura 1 mostrada a continuación.


Figura 1.  Se debió aumentar la duración y la temperatura del tostado para desactivar correctamente la actividad de los inhibidores de tripsina en la soya mediante el proceso de d-t realizado tras la extracción por solventes.

A partir de los datos de la figura 1, queda claro que se requiere un mayor tiempo de tostado (calentamiento) y una mayor temperatura para desactivar los inhibidores de tripsina. El aumento de la duración del tostado de 20 a 35 minutos redujo en gran medida la actividad promedio de los inhibidores de tripsina; sin embargo, el aumento del tiempo de 35 a 50 minutos solo provocó un ligero incremento en la reducción de la actividad de los antinutrientes. Por lo tanto, la temperatura del proceso de d-t debió aumentarse para reducir aún más la actividad de los inhibidores de tripsina. Los puntos grises en la parte inferior derecha de la figura 1 indican este hecho.

También es interesante destacar que la desactivación de los inhibidores de tripsina, los cuales resultan afectados por la temperatura, se volvió un poco más predecible y lineal al usar tiempos de tostado más largos. Esto se refleja en el incremento de los valores de R2 (figura 1) con tiempos de tostado más largos. Por lo tanto, se requieren mayores tiempos de tostado d-t para predecir con exactitud la calidad de la soya obtenida mediante este proceso. Sin embargo, el mayor valor de R2 fue de tan solo 0,29, lo que indica poca compatibilidad con un modelo lineal y baja predictibilidad. Es probable que esto se deba a otras variables inherentes a este proceso, incluyendo la cantidad de hexano utilizada (el solvente para la extracción de aceite). Los autores informaron que, tras la extracción de aceite, la soya que pasaba a la fase de d-t tenía entre un 26 % y un 39 % de hexano. Se requeriría un tiempo de tostado más largo tanto para la desactivación de antinutrientes como para eliminar una mayor cantidad de hexano presente en la soya.

Sin embargo, una mayor duración del tiempo de tostado conlleva dos desventajas importantes. En primer lugar, aunque el tostado de la soya por un período más largo redujo la actividad de los inhibidores de tripsina (barras azules a la izquierda de cada punto de tiempo, figura 2), la cantidad de variación de la actividad de los inhibidores de tripsina restantes aumentó (barras naranjas la derecha de las azules en cada punto de tiempo, figura 2).

 
Figura 2.  Aunque las condiciones del proceso de d-t se controlaron de manera efectiva a medida que se incrementaba la duración del tostado, la variación de la actividad de los inhibidores de tripsina aumentó a la par del tiempo de tostado.

Este fue siempre el caso aun cuando la variación de la temperatura durante el proceso de d-t se haya mantenido relativamente constante en el tiempo (barras grises, las segundas de derecha a izquierda, de cada punto de tiempo; Figura 2) y los rangos de temperatura usados en cada punto de tiempo también se hayan mantenido relativamente estables a medida que aumentaban los tiempos de tostado (barras amarillas, extrema derecha de cada punto de tiempo; figura 2). Básicamente, esto significa que incluso la soya expuesta a d-t por 50 minutos pudo presentar niveles mayores (>10) de actividad de los inhibidores de tripsina si la temperatura del tostado no era elevada ni estaba bien controlada, puesto que una reducción de tan solo 6 °C resultó en un mayor nivel de actividad de los inhibidores de tripsina en la soya (figura 1).

La segunda desventaja de emplear mayores tiempos de tostado con temperaturas más elevadas tiene que ver con el daño de los nutrientes. Como las harinas de semillas oleaginosas se usarán, en última instancia, con fines nutritivos, el objetivo siempre debe ser proporcionar la mayor cantidad posible de nutrientes y, en este caso, quizá lo más importante sean las proteínas. A menudo, el rendimiento del crecimiento en animales se ve limitado particularmente por la lisina, un aminoácido de las proteínas altamente susceptible al daño que infringe el calor (4). De hecho, los tiempos de tostado más largos en d-t tanto para la soya como para la canola tienen una relación numérica (5, para la soya) e importante (6, para la canola) con niveles inferiores de lisina. Esto, junto con todas las variables del proceso que deben controlarse, puede ser el motivo por el cual las muestras de harina de soya obtenidas mediante extracción por solventes y procesos de d-t mostraron una amplia variación en la digestibilidad (es decir, disponibilidad para el animal con fines productivos) de la lisina y la metionina (otro aminoácido) cuando se usaron como alimento para aves de corral (7).

La extrusión seca de alta fricción es el segundo método utilizado a nivel mundial para procesar semillas oleaginosas; sin embargo, el volumen de producción no es el mismo que el que se obtiene con la extracción por solventes seguida de d-t. La extrusión seca de alta fricción es un método de cocción continua a presión, el cual somete a las semillas oleaginosas a altas temperaturas por breves períodos (segundos). A continuación, las semillas pasan por una prensa mecánica que les extrae el aceite únicamente aplicando presión (sin usar calor). El proceso de extrusión seca de alta fricción logra varios objetivos, incluso la desactivación de los factores antinutricionales y la reducción de la actividad de los inhibidores de tripsina (8). Esto puede apreciarse en la figura 3.

 

Figura 3.  Como la longitud del cañón de la extrusora es fija (el tiempo de cocción es constante), la temperatura pasa a ser la única variable que debe controlarse para desactivar los inhibidores de tripsina dentro de una extrusora seca de alta fricción.

La extrusión seca de alta fricción está diseñada para tener una sola variable: la temperatura de procesamiento, la cual debe mantenerse bajo control para desactivar de manera adecuada los antinutrientes. La temperatura de procesamiento en el extremo del cañón de la extrusora debe controlarse e incrementarse; sin embargo, el tiempo de procesamiento es siempre el mismo (suponiendo que las r/min del eje interno no cambian). Esto se debe a la longitud estática del cañón de la extrusora, donde se efectúa el procesamiento térmico y de presión. Además, la extrusión seca de alta fricción no usa solventes para la extracción de aceite (esto se logra en la prensa mecánica de aceite luego de la extrusión), los cuales deben controlarse y eliminarse.

En comparación con el proceso de d-t, la extrusión seca de alta fricción es más predecible. En la figura 3, se muestra un valor de R2 de 0,87, lo que indica que la temperatura de procesamiento de la extrusora es altamente predictiva (y lineal) de la actividad resultante de los inhibidores de tripsina.

A diferencia del calentamiento prolongado con d-t, se ha demostrado que la extrusión seca de alta fricción a mayores temperaturas aumenta los niveles de lisina en la soya (1,9) e incrementa en gran medida la digestibilidad de los aminoácidos en aves de corral que consumen harina de soya extruida en seco con alta fricción y prensada (1,9). Esto se evidencia en la figura 4 mostrada a continuación (datos extraídos de {1}).

Figura 4. A medida que se aumentó la temperatura de la extrusión seca de alta fricción, también lo hizo la disponibilidad de la lisina para fines productivos en aves de corral.

En conclusión, el uso de semillas oleaginosas para producir harinas ricas en proteínas seguirá en aumento durante las próximas décadas. El tipo de proceso que se usará para convertir semillas oleaginosas en harinas de calidad dependerá de muchos factores. Se debe supervisar y controlar cada proceso y, según los datos presentados aquí, la temperatura de la extrusión seca de alta fricción es un punto de control crítico del proceso para lograr una verdadera desactivación de los antinutrientes de la soya. Cuando se usa la extracción por solventes seguida del proceso de d-t, tanto el tiempo como la temperatura de la fase de d-t son puntos de control críticos para lograr una desactivación adecuada de los factores antinutricionales.

Referencias bibliográficas

 
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