Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Martha Lucía Calderón Alvarado
Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias Agrarias, Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos ICTA Bogotá, Colombia 2018
Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Martha Lucía Calderón Alvarado
Tesis o trabajo de investigación presentada(o) como requisito parcial para optar al título de: Magister en Ciencia y Tecnología de Alimentos
Ph.D. María Soledad Hernández Gómez Docente Titular Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos (ICTA) Universidad Nacional de Colombia
Línea de Investigación: Aseguramiento de la calidad y desarrollo de nuevos productos alimenticios de origen vegetal
Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias Agrarias, Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos ICTA Bogotá, Colombia
2018
Los abrazos se pueden sentir a kilómetros de distancia.
Agradecimientos
Este trabajo fue posible gracias a todas aquellas personas que estuvieron a mi lado:
A mi familia que me impulsa a ver cada oportunidad de la vida como un aprendizaje y que todo es más fácil cuando se hace con amor. A mi mamá por hacerme saber que ¡yo puedo!
Al Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos de la Universidad Nacional, que me dio la oportunidad de conocer personas maravillosas que con su ayuda y apoyo hicieron de este recorrido académico un momento de alegría y amistad.
A la Dra María Soledad Hernández por darme este trabajo hermoso y complejo por naturaleza, permitirme reconocer que se debe abrir camino para avanzar y que los obstáculos solo son oportunidades de crecer.
A doña Maria Teresa Rodríguez, Maestra Chichera de Cundinamarca, y su hija Rosalba, quienes me abrieron las puertas de su hogar y me regalaron sus secretos familiares para la elaboración de la chicha. A las personas que compartieron su visión y apoyo para lograr este trabajo, Luis Fernando, Flor Maria, Edilberto Zanabria y demás personas que hicieron nacer este trabajo, ventana hacia las posibilidades infinitas.
A mis compañeros y amigos Diego, Liliana, Marcela, Miguel, Jorge, Sandra y a las demás personas de las plantas del ICTA, laboratorios y administrativos que fueron claves en este proceso.
A todos, gracias!
Resumen
La chicha de maíz ha sido una bebida importante en América desde la época prehispánica, presente especialmente en festividades y ceremonias religiosas. A pesar de su prohibición durante más de 50 años, su consumo continúa vigente en municipios del altiplano cundiboyacense como Guasca (Cundinamarca), donde la principal productora obtiene parte de sus ingresos de la venta de alrededor de 2000 litros/año de chicha en mercados campesinos.
La tendencia hacia productos autóctonos, tradicionales o vintage abre un nuevo nicho de mercado para esta bebida y es importante ofrecer un producto de calidad que conserve su identidad y que genere confianza en consumidores habituales y potenciales, interesados en apoyar la economía campesina, rural y familiar.
En este estudio se hizo el reconocimiento de materias primas, condiciones de elaboración, características fisicoquímicas y microbiológicas del producto artesanal. Se evaluó el efecto del tipo de inóculo, tipo de molienda y cantidad de maíz en el pH, °Brix, acidez titulable y aceptación sensorial. Se hizo el seguimiento de levaduras y bacterias acidolácticas durante fermentación en planta, se comparó el consumo de azúcares, producción de etanol, ácido láctico y contenidos nutricionales con la bebida tradicional. Se evaluó la estabilidad del pH, °Bx, AT y color de la bebida pasteurizada durante 60 días a 20°C.
El uso de inóculo nativo, molienda en seco y cantidad media de maíz produjo una bebida de igual aceptación que la bebida tradicional, con mayor contenido de fibra, minerales y grasa y menor contenido de alcohol, estable por 60 días de almacenamiento.
Palabras clave: Fermentación, inóculo nativo, chicha de maíz, bebida fermentada tradicional.
Resumen y Abstract XI
Abstract
Chicha has been an important beverage in America since the Pre-Hispanic period, especially in celebrations and religious ceremonies. Despite more than 50 years of prohibition, it is still consumed in Cundinamarca and Boyaca’s highlands towns, like Guasca, where the main Chicha producer earns part of its income from the sales of about 2000l of Chicha/yr. in local farmer markets.
The market trend towards traditional/vintage products made with traditional techniques opens a new niche for this beverage, and it is important to offer a high quality product that maintains its identity and instills trust in habitual and potential consumers who are interested in supporting the rural economy.
This study recognizes raw materials, processes, physiochemical and microbiological characteristics of this artisan product. The effect of the type of inoculum, type of milling and amount of maize in the beverage’s pH, °Brix, treatable acidity and sensory acceptance were also evaluated.
Yeasts count and lactic acid bacteria were monitored throughout the fermentation process. Additionally, sugar consumption, ethanol production, lactic acid and nutritional components were compared to those of the traditional beverage. The stability of the pH, °Bx, titratable acidity and color of pasteurized Chicha was also evaluated during a period of 60 days at 20°C.
The use of native inoculum, dry mill and an average amount of maize produced a beverage with the same sensory acceptance as that of the traditional beverage. It had a higher fiber content, minerals and fat, less alcohol content and stability within 60 days in storage at 20°C. Keywords: Fermentation, native inoculum, maize chicha, traditional fermented beverage
Contenido XIII
Contenido
Pág.
Resumen ...... V
Abstract ...... XI
Lista de figuras ...... XVI
Lista de tablas ...... XVII
Prólogo ...... XVIII
Introducción ...... 1
1. Marco Teórico ...... 5 1.1 La Chicha ...... 5 1.2 Materias primas ...... 7 1.2.1 Panela ...... 7 1.2.2 Maíz ...... 8 1.3 Proceso y elementos ...... 13 1.4 Fermentación ...... 15 1.4.1 Fermentación alcohólica ...... 19 1.4.2 Fermentación láctica ...... 22
2. Objetivos ...... 25 2.1 Objetivo General ...... 25 2.1 Objetivos específicos ...... 25
3. Caracterización del proceso de elaboración artesanal ...... 27 3.1 Materiales y métodos ...... 27 3.1.1 Materias primas ...... 28 3.1.2 Proceso artesanal de elaboración ...... 28 3.1.3 pH, acidez titulable (AT) y sólidos solubles (°Brix) del producto tradicional ... 29 3.1.4 Concentración de etanol del producto tradicional: ...... 29 3.1.5 Concentración de metanol ...... 30 3.1.6 Análisis proximal ...... 30 3.1.7 Recuento microbiológico...... 31 3.1.8 Análisis de datos ...... 31 3.2 Resultados y discusión ...... 31 3.2.1 Maíz ...... 31 3.2.2 Panela ...... 33 XIV Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
3.2.3 Inóculo ...... 34 3.2.4 Proceso artesanal de elaboración y producto final ...... 35 3.2.5 Estabilidad del producto ...... 43
4. Establecimiento de la formulación y condiciones de operación para la elaboración en planta de la bebida fermentada ...... 45 4.1 Materiales y métodos ...... 45 4.1.1 Panela ...... 45 4.1.2 Maíz ...... 47 4.1.3 Evaluación de variables: tratamiento del maíz para la molienda, proporción de maíz y tipo de inóculo ...... 47 4.1.4 Proceso térmico ...... 50 4.1.5 Análisis sensorial: el gusto de los consumidores ...... 51 4.1.6 Escalado a planta piloto ...... 51 4.1.7 Ensayo complementario: carbonatación de la bebida ...... 52 4.1.8 Análisis sensorial del producto piloto ...... 52 4.1.9 Análisis de datos ...... 53 4.2 Resultados y discusión ...... 53 4.2.1 Panela ...... 54 4.2.2 Maíz ...... 55 4.2.3 Escalado a planta piloto ...... 63 4.2.4 Análisis sensorial ...... 64
5. Análisis proximal, fisicoquímico y microbiológico...... 69 5.1 Materiales y métodos ...... 69 5.1.1 Consumo de azucares y producción de etanol y ácido láctico en la fermentación en planta y en campo ...... 69 5.1.2 Análisis proximal para la bebida de maíz pasteurizada fermentada en planta y en campo...... 71 5.1.3 Recuento microbiológico durante la fermentación de la bebida elaborada en planta ...... 71 5.1.4 Estabilidad en almacenamiento ...... 71 5.1 . Resultados y discusión ...... 72 5.1.1 Consumo de azúcares y producción de etanol y ácido láctico durante fermentación ...... 73 5.1.2 Análisis proximal: ...... 76 5.1.3 Recuento microbiológico: ...... 77 5.1.4 Estabilidad en almacenamiento...... 79
6. Conclusiones ...... 81
7. Recomendaciones ...... 83
A. Ficha técnica del inóculo comercial Uvaferm ® CM ...... 85
B. Anexos: Formatos de evaluación sensorial ...... 87
a. Formatos de evaluación sensorial para los los productos obtenidos en los ensayos 1. Tratamiento del maíz para la molienda y 2. proporción de maíz ...... 87 Contenido XV
b. Formatos de evaluación sensorial para los los productos obtenidos en el ensayo 3. tipo de inóculo ...... 87
c. Formato de evaluación sensorial para la bebida artesanal y la bebida piloto con y sin gas ...... 88
C. Cromatogramas obtenidos para la determinación de azúcares en bebida fermentada de maíz ...... 89
a.Cromatogramas del extracto de mosto de maíz inoculado para la elaboración de una bebida fermentada (chicha)89
b. Cromatogramas de la bebida de maíz con 6 días de fermentación elaborada en planta piloto...... 90
c. Cromatogramas de la bebida de maíz con 12 días de fermentación en planta piloto...... 91
d. Cromatogramas del producto terminado de la bebida de maíz endulzada y con tratamiento térmico, elaborada en la planta piloto ...... 92
e. Cromatogramas de la bebida de maíz con 6 días de fermentación en campo ...... 93
f. Cromatogramas del producto terminado de la bebida de maíz endulzada elaborada en campo (sin tratamiento térmico) ...... 94
Bibliografía ...... 95
Contenido XVI
Lista de figuras
Pág. Figura 1-1. Microfotografía de gránulos de almidón a 3500x: a) forma esférica de los gránulos en maíces de endospospermo blando, b) gránulos de almidón en maíz de endospermo duro...... 10 Figura 1-2. Morfología de la semilla de maíz...... 11 Figura 1-3 Representación esquemática de los cambios de los gránulos de almidón durante el procesamiento hidrotérmico...... 12 Figura 1-4. Diagrama general de elaboración de maíz...... 15 Figura 1-5. Esquema general de la transformación de azúcares a etanol ...... 20 Figura 1-6: Formación de compuestos aromáticos en las levaduras ...... 21 Figura 3-1. Apariencia de granos de maíz variedad Porva...... 32 Figura 3-2. Diferencia de color de panelas disponibles en el mercado ...... 33 Figura 3-3. Extracción de alimdón de maíz ...... 37 Figura 3-4.Diagrama de proceso de la elaboración tradicional de chicha en Guasca (Cundnamarca) ...... 41 Figura 4-1. Resultados de prueba hedónica realizada a 30 consumidores ocasionales para la bebida pasteurizada producida por fermentación usando dos tipos de condiciones del maíz para la molienda en el proceso de preparación del mosto...... 57 Figura 4-2. Velocidad de cizalla VS esfuerzo cortante para las las bebidas elaboradas con tres diferentes contenidos de maíz...... 60 Figura 4-3. Resultados de prueba hedónica realizada a 30 consumidores ocasionales para la bebida pasteurizada producida por fermentación con tres diferentes contenidos de maíz (alto: 100 g/l; medio: 75 g/l y bajo: 50 g/l)...... 61 Figura 4-4. Diagrama de proceso de la elaboración tradicional de chicha en la planta piloto (ICTA, Bogotá) ...... 65 Figura 4-5. Resultados de prueba hedónica realizada a 70 consumidores ocasionales para la bebida elaborada en planta piloto y la bebida tradicional ...... 66 Figura 5-1. Presentación del producto terminado para evaluación de estabilidad...... 72 Figura 5-2. Recuento microbiológico y condiciones de pH, AT y °Brix en mosto de maíz (M) y durante durante seis dias de fermentación (D0 a D6) en planta piloto...... 79
Contenido XVII
Lista de tablas
Tabla 1-1. Requisitos fisicoquímicos de la panela ...... 7 Tabla 1-2 Variedades de maíz encontradas y reportadas en Cundinamarca y Boyacá. .... 9 Tabla 1-3 Contenidos (g) por cada 100g de maíz comestible...... 13 Tabla 1-4. Microorganismos nativos comunes en bebidas fermentadas a base de cereales...... 17 Tabla 3-1. Características de la bebida fermentada tradicional elaborada en campo...... 39 Tabla 3-2. Recuento microbiológico de la bebida fermentada tradicional...... 40 Tabla 4-1. Información de las muestras de panelas obtenidas en el mercado ...... 46 Tabla 4-2. Ensayos para la determinación de operaciones de proceso ...... 50 Tabla 4-3. Características fisicoquímicas y de color de muestras de panela ...... 55 Tabla 4-4. Comportamiento de los parámetros pH, °Brix y acidez titulable (g acído láctico/l de producto) durante los días de fermentación en el proceso de fermentación de las bebidas elaboradas con maíz molido en húmedo y en seco...... 56 Tabla 4-5. Comportamiento de los parámetros pH, °Bx y acidez titulable (g ácido láctico/l de bebida) durante los días de fermentación para las bebidas elaboradas con tres diferentes contenidos de maíz...... 58 Tabla 4-6. Parámetros fisicoquímicos para bebidas con diferente tipo de inóculo, comparadas con la bebida comercial...... 62 Tabla 4-7. Resultados de prueba hedónica realizada a 30 consumidores ocasionales para las bebidas pasteurizadas producidas en planta fermentadas con dos tipos de inóculo, comparado con el producto elaborado en campo...... 64 Tabla 5-1. Tiempos de retención arrojados por el método cromatográfico para cuantificación de ácido láctico, etanol, sacarosa, glucosa y fructosa...... 73 Tabla 5-2. Comparación del porcentaje de consumo de azúcares y producción de etanol y ácido láctico (g/l) durante el proceso fermentativo desde el día 0 y el día 6 en campo y entre el día 0, 6 y 12 de la fermentación en planta piloto...... 74 Tabla 5-3 Contenidos de carbohidratos, etanol y ácido láctico de las bebidas elaboradas en campo y en planta piloto al día 6 de la fermentación y el producto terminado (P.T). . 75 Tabla 5-4. Análisis proximal del producto final para la elaboración en planta piloto y tradicional...... 77 Tabla 5-5. Pruebas fisicoquímicas de la bebida pasteurizada realizadas durante 60 días ...... 80
Prólogo XVIII
Prólogo
Este trabajo es fruto del esfuerzo de personas interesadas en la conservación y recuperación de saberes culturales propios de la población campesina y rural colombiana, a través del compartir de saberes con otras personas cuya mayor riqueza es tener la historia en sus manos.
El proyecto inició con un sueño colectivo entre un consumidor y una productora que lleva más de 60 años elaborando chicha con la receta y la técnica que mezcla las enseñanzas de su madre, las herramientas que le ofrece el contexto presente y el aporte de sus hijas y nietas, todo esto en el corazón del hogar: la estufa de leña.
Así pues, en este documento se hará la revisión del proceso de elaboración artesanal de la chicha de maíz, desde selección de materias primas hasta la venta del producto final en el mercado campesino, pasando por sus características fisicoquímicas, microbiológicas y nutricionales. Posteriormente se abordará la evaluación de algunos puntos clave en el proceso para finalmente elaborar una bebida en condiciones de planta piloto que rememora en los consumidores la emoción de tomar la chicha “como la hacía mi abuela”
Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.) Introducción El maíz y sus derivados han sido productos de consumo masivo importantes en la dieta de los habitantes de América desde las comunidades indígenas prehispánicas. Uno de ellos es la chicha, que solía ser preparada por las mujeres de la comunidad quienes molían el maíz con sus dientes, filtraban el mosto con paja o con paños de tela y la fermentaban en ollas de barro. La chicha ha sido una bebida significativa, consumida en fechas especiales como las celebraciones de cosechas, festividades, matrimonios, entre otros, siendo parte fundamental del fortalecimiento de los lazos sociales (Beltrán, Gómez, Mora, & Obando, 2009; Cutler & Cárdenas, 1985).
Después de la Independencia, se llegó a consumir hasta 50 millones de litros de chicha al año (Calvo & Saade, 2002), consumo superior al del agua. Sin embargo, el histórico rechazo por parte de un segmento de la población, además de los motivos políticos y económicos, se debió al potencial riesgo sanitario que acarreaba el proceso de elaboración y los establecimientos de venta o chicherías, entonces, la chicha ganó la fama de antihigiénica, “embrutecedora” hasta “incitadora de violencia”.
Basados en el estudio realizado por Zerda en 1889 (citado en (Calvo & Saade, 2002) sobre la presencia de ptomainas en esta bebida, se le acusó de tóxica para el sistema nervioso central, nociva para la salud de los consumidores habituales (Beltrán et al., 2009) y que el chichismo1 promovía las acciones criminales (Zerda, 1889 citado por (Calvo & Saade, 2002). Desde Simón Bolívar en su guerra independista hasta Jorge Bejarano, ministro de Higiene en la época del Bogotazo en 1948 (Hernández, 2012), las clases dirigentes esgrimieron estos argumentos para conseguir la prohibición de la chicha en Colombia. Adicional a lo anterior, al no controlar las condiciones de la fermentación (por ejemplo, estabilidad de la temperatura) existía el riesgo de obtener metanol en la bebida (Llinás, 2006), sin mencionar los riesgos microbiológicos debido a las condiciones de higiene tanto de áreas de producción como de los procedimientos de elaboración.
1 1 El chichismo es un término que apareció en Colombia como un padecimiento derivado del consumo de la chicha, producto de los estudios de Zerda y otros científicos. Quien lo padece es un “enchichado” (Calvo & Saade, 1998). 2 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
A pesar de la prohibición durante más de 50 años, esta bebida sigue siendo consumida en muchas regiones rurales de los diferentes departamentos. Guasca (Cundinamarca) es una de esas regiones donde la comunidad se reúne alrededor de la chichería cada domingo, después de la misa. Los productores de chicha elaboran alrededor de 2000 litros/año2 y obtienen parte de sus ingresos de la venta de esta bebida en mercados y tiendas.
Incluso, en Bogotá hay zonas donde se concentran los expendios de chicha de maíz y se consideran atractivos turísticos, como el caso del barrio La Candelaria; otro caso ocurre en la localidad de Santa Fe, donde la Alcaldía Mayor y la Alcaldía menor promueven el “Festival de la chicha, el maíz, la vida y la dicha” que se celebra anualmente en el barrio La Perseverancia desde hace 20 años y solo para el 2014 se esperaban 8.000 asistentes (“XVIII Festival de la Chicha, el maíz , la vida y la dicha en la Perseverancia.,” 2014). En esta feria se vende chicha elaborada de manera artesanal, de hecho, algunos de los productores aun llevan el maíz a lagunas como Guatavita para hacer ofrendas a la naturaleza.
Diferentes grupos sociales están observando con interés la elaboración artesanal y el contacto con el pasado y esto ha llevado a que la industria busque nuevos nichos de mercado como el caso de los productos “nostálgicos, tradicionales, artesanales, vintage, retro” (Lasaleta, Sedikides & Vohs, 2014; Mintel, 2016; Pérez, 2015; Pico, 2014; Santo, 2014). La chicha, como muchas bebidas autóctonas, no ha sido explotada comercialmente y ya que la tendencia del mercado se dirige a estos productos “nostálgicos” y tradicionales es necesario ofrecer alternativas para que los pequeños productores de esta bebida puedan acceder a los nuevos mercados y mejoren sus ingresos, conservando su identidad.
Existen casos exitosos de industrialización de esta bebida tradicional, como el caso de la empresa boliviana Chernobyl, productores de chicha de jora y guarapiña3 desde hace más de 25 años, quienes gracias a la exhaustiva investigación durante más de 10 años y con
2 Según entrevistas informales a 20 productores de chicha de Cundinamarca durante el festival de la Chicha, el maíz, la vida y la dicha, 2017. 3 Se denomina jora al maíz que ha sido sometido a germinación y secado previo a la molienda y fermentación y la guarapiña es una bebida fermentada a partir de piña. ¡Error! El resultado no es válido para una tabla. 3 la intervención de expertos enólogos lograron un producto de exportación elaborado con procesos mecanizados que aseguran su inocuidad (Díez & Tunari, 2015; RedPais, 2015).
En Perú hay algunos trabajos sobre la chicha tradicional de jora en los que se incorporaron técnicas cerveceras de mezcla de cereales a nivel de planta piloto, logrando resultados favorables tanto en proceso como sensorialmente (Guamán, 2013). Por su parte, la Universidad Antonio Guillermo Urrelo (Perú) llevó a cabo un proyecto de construcción de una planta de producción de chicha y, por su parte, en Ecuador también se han formulado estudios de validación de procesos de producción para algunas fundaciones o pequeñas industrias (Guamán, 2013; Pomasqui, 2012).
Las diferencias edafoclimáticas y de recursos genéticos de cada región hace que las materias primas también sean factor de variabilidad, por lo que a pesar de existir algunos acercamientos a la industrialización de la bebida fermentada de maíz en algunos países, da lugar a la necesidad del reconocimiento de las características tanto de los insumos como de los proceso de elaboración para las condiciones específicas de cada productor que tiene consigo una tradición familiar que hace de su chicha una bebida particular.
La investigación académica busca el conocimiento de una chicha de Guasca (Cundinamarca), la exploración de sus componentes tanto nutricionales como microbiológicos y la implementación de procedimientos ajustados a las normas sanitarias, para abrir una ventana hacia su tecnificación, aumentando la confianza de los consumidores habituales y potenciales dispuestos a adquirir un producto que apoya la economía campesina, rural y familiar.
1. Marco Teórico
La fermentación es una de las tecnologías de alimentos más antigua, usada desde los 20.000 aC, en donde los pueblos primitivos obtenían bebidas a partir de jugos de fruta. Hacia el 6.000 aC aparece la fermentación de cereales para la formulación de cervezas y panes en la antigua Mesopotamia, Egipto y China y la fermentación de leches, quesos y vinagres (Álvarez, 2012).
Las bebidas fermentadas a partir de cereales y frutas han sido desarrolladas y utilizadas por sociedades humanas en todo el globo, aprovechando sus efectos en los alimentos al preservar e incluso aumentar su valor nutritivo, se aprovechan también sus características analgésicas y desinfectantes gracias a su contenido de etanol, y en algunos casos han sido usadas en actos ceremoniales y sociales gracias a sus efectos alteradores de la conciencia (Chavez, Pérez & González, 2016).
1.1 La Chicha
La chicha de maíz es una bebida no destilada producida por la fermentación de este cereal junto con una fuente de carbohidratos simples como es la panela.
Esta bebida está registrada desde los primeros descriptores de la vida en América como una preparación tradicional de los habitantes nativos que se fue difundiendo con el tiempo a todos los nuevos habitantes luego de la colonización europea (Calvo & Saade, 2002). Los nativos americanos no bebian agua pura con frecuencia, porque decían que esa agua era “mala” (Calvo & Saade, 2002), por el contrario bebían chicha. Con la chicha ellos
6 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.) saciaban la sed, se alimentaban y pasaban sus alimentos. Esto se explica porque en algunos casos el agua no era potable por la presencia de patógenos y con el proceso de la fermentación, el alcohol producido y las condiciones de acidez disminuían estas poblaciones microbianas patógenicas, haciendo posible el consumo de esta bebida.
La elaboración de la chicha puede variar de territorio en territorio, debido a las diferencias de clima, periodo del año, propósito de uso etc. La materia prima predilecta para su preparación era el maíz (Pita, 2012), pero con la llegada de los españoles, se agregaron otros elementos: cereales como el trigo, tubérculos como la arracacha, frutas como la piña y el chontaduro, y legumbres como el maní.
Es importante resaltar también, la utilización de la caña de azúcar, que fue traída por los colonizadores, además del empleo de otros ingredientes que van de acuerdo a la materia prima utilizada, entre estos ingredientes se encuentran hojas de naranja, clavos, canela etc. los cuales brindan un aroma y un sabor diferente a esta bebida fermentada. Su elaboración básicamente se realiza mezclando una de las materias primas mencionada anteriormente con panela (caña de azúcar) (López, Ramírez, Mambuscay & Osorio, 2010).
El proceso de fermentación puede variar entre 4 y 20 días, dependiendo de la materia prima utilizada. Usualmente esta fermentación se lleva a cabo a temperaturas entre 10 a 32°C, obteniendo como producto final una bebida con un porcentaje entre 2 al 12% de alcohol (López-Arboleda et al., 2010).
La chicha de maíz no tiene normativa oficial en Colombia, sin embargo, en otros países como en Ecuador, la legislación tiene en cuenta esta bebida y la define en la norma NTE INEN 338 (1992-07) como “Producto de fermentación alcohólica de mostos de uva, jora (malta de maíz), frutas y otros vegetales con características propias según su origen” (Instituto Ecuatoriano de Normalización INEN, 1992).
1. Marco Teórico 7
1.2 Materias primas En la elaboración de la chicha se observan tres ingredientes principales: el agua, el maíz y la panela. El agua es el principal componente de la chicha y su calidad depende del origen. En todos los casos, el agua usada para la fabricación de la chicha debe ser apta para consumo humano y libre de patógenos según la norma NTC 813 (Instituto Colombiano de Normas técnicas y Certificación - ICONTEC, 1994).
Además del agua, los principales componentes de esta bebida son:
1.2.1 Panela
La norma técnica colombiana NTC 1311 la define como “producto sólido de cualquier forma y presentación proveniente de la evaporación de jugo de caña de azúcar Saccharum officinarum, sin centrifugar, que contiene microcristales anhedrales no visibles al ojo humano, manteniendo sus elementos constitutivos como sacarosa, glucosa y minerales, no provenientes de la reconstitución de sus elementos” (ICONTEC, 2009). La panela (chancaca en Perú, Bolivia y Chile) además de ser fuente de carbohidratos, contiene una serie de elementos (Tabla 1-1) que la hacen de mayor valor nutricional que el azúcar blanco, constituido casi en su totalidad por sacarosa (>99%) según NTC 611 (ICONTEC, 2004)
Tabla 1-1. Requisitos fisicoquímicos de la panela según NTC 1311
Requisito Valor Mínimo Máximo Humedad, fracción en masa en % -- 5,0 Cenizas, fracción en masa en % 1,0 -- Azucares totales ( sacarosa), fracción -- 93,0 en masa en % Azucares reductores (glucosa), fracción 5,0 -- en masa en % Proteínas, en % (N x 6,25) 0,2% -- Potasio en mg/100g 100,0 -- Calcio en mg/100g 10,0 -- Fósforo en mg/100g 5,0 -- Hierro en mg/100g 1,5 -- Colorantes Ausencia Fuente: ICONTEC, 2009
8 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
La panela fue introducida a la preparación de multiples alimentos, entre ellos, la chicha, luego de que los colonos trajeran esta nueva especie vegetal (S. officinarum) al Nuevo Mundo (Saldarriaga, 2011). La sacarosa contenida en la panela, además de otorgar el sabor dulce, es un carbohidrato menos complejo que el almidón del maíz, por lo que la ruta de neoglucogénesis ocurrida en la fermentación es más corta, mejorando el rendimiento del proceso, especialmente en la producción de alcohol (Acosta, 2012; Dickinson & Scweiser, 2003; Pomasqui, 2012).
1.2.2 Maíz
El maíz (Zea mays L.) es un cereal de la familia de las gramíneas cuyo centro de origen es América. Desde épocas prehispánicas se ha usado como base de la nutrición de las comunidades y con la llegada de los colonizadores se extendió su cultivo a Europa, África, Asia, donde tomó importancia en la elaboración de sus propios productos (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación - FAO, 1993).
En la actualidad su uso se ha extendido hacia otros sectores diferentes a la alimentación humana, como la elaboración de forrajes y alimentos balanceados para animales, producción de etanol y gasohol, aceites y otros productos industriales, por lo que es un cultivo de gran interés económico a nivel mundial y la necesidad de lograr mayores producciones y rendimientos han llevado a grandes adelantos tecnológicos como híbridos y variedades mejoradas (además de transgénicas) adaptadas a diferentes condiciones agroclimáticas cuyas producciones se ajustan al uso específico para lo que fue cultivado (Paliwal, 2001).
Al igual que a nivel global, en Colombia el maíz es el segundo cultivo con mayor extensión, con 238.238 hectáreas para el 2016. 39% del área está sembrada con maíz blanco para consumo humano, y el 71% restante está cultivado con maíz amarillo destinado, en mayor medida, para alimentación animal. Por otra parte, el área sembrada con procesos tecnificados (uso de semillas certificadas, híbrida o mejoradas, algún grado de mecanización, etc.) está alrededor de 49,5% del área total, mientras que los cultivos tradicionales están ligeramente por encima con 50,5% distribuidos en pequeñas parcelas, con bajo consumo de insumos y bajos rendimientos (1,5 t/ha comparados con 4,5t/ha de 1. Marco Teórico 9 los cultivos tecnificados). En estos esquemas no industrializados se utiliza semilla no certificada obtenida de cosechas anteriores o en mercados no especializados y la producción suele destinarse a autoconsumo (Bustamante et al., 2013; Departamento Administrativo Nacional de Estadística DANE, 2016).
El hecho de que los agricultores continúen cultivando semillas de maíces criollos trae como consecuencia la conservación de la diversidad genética y cultural con la que cuenta el país, que se ha visto erosionada gracias a la masificación de los cultivos industriales y la restricción del uso de semillas propias. En un diagnóstico realizado por Grupo Semillas y la Fundación Swissaid encontraron más de 25 variedades criollas (Tabla 1-2), en parte de la región cundiboyacense, y más de la mitad son escasos (Swissaid, 2013).
A través del tiempo las comunidades humanas han domesticado y creado variedades e híbridos, cada una con sus características propias que la hacen adecuada para ciertos usos, dependiendo de sus contenidos de almidones y la facilidad para la trilla. Así, las variedades denominadas “harinosas”, predominan en las zonas altas de la región andina y tienen un endospermo con alto contenido de almidon, de grano blando y fácil de moler (Guamán, 2013; Paliwal, 2001; Sánchez, 2014). Este almidón es en su mayoría de tipo amilosa, según lo encontrado por Narváez et al. (2006) quienes evaluaron 71 accesiones de maíces nativos de Latinoamérica y encontraron que los granos de gran tamaño y blandos contenían mayor cantidad de almidón de tipo amilosa frente a los pequeños y duros, y a su vez, encontraron relación entre la textura del grano y la forma esférica de los gránulos del almidón, los cuales están débilmente empaquetados en la matriz (Figura 1-1).
Tabla 1-2 Variedades de maíz encontradas y reportadas en Cundinamarca y Boyacá. Variedades reportadas Variedades encontradas durante el diagnóstico por fuentes secundarias
Porva Porva Porva Porva rojo Porva Arroz Chócolo Chitará Blanco Blanco amarillo negro azul blandito Blanco Amarillo Agrario Maíz de Cabuya Cachicamo Charalá Blanco Blanco de los perros duro harina chiuqito Chocolate Clavito Duro Guavita Igua Noventano Pira Blanco de Mesuno Amarillo amarill harina o grande Pira Pira Puntilla Saboya Pajarito Pollo blanco sangretoro Fuente (Swissaid, 2013) 10 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Por su parte, Pérez (2015) evaluó las variedades Zea mayz indurata y Z. mayz amylacea en la elaboración de chicha, haciendo seguimiento al contenido de alcohol, acidez, pH y sólidos solubles, y encontró que con la variedad amylacea luego de 8 días de fermentación, se obtuvo un mayor contenido de alcohol y una mayor acidez.
En la actualidad, las comunidades usan el maíz porva (o torva) para la mayoría de sus productos alimenticios, entre ellos, la chicha. Esta variedad adaptada al clima frío (entre 2000 y 2800 m.s.n.m) propia de la altiplanicie cundiboyacense puede llegar a producir hasta hasta tres mazorcas por planta, sus granos son amarillos, grandes y de endospermo harinoso y blando (Figura 1-2) (Swissaid, 2013).
Figura 1-1. Microfotografía de gránulos de almidón a 3500x: a) forma esférica de los gránulos en maíces de endospospermo blando, b) gránulos de almidón en maíz de endospermo duro.
Fuente: Narváez-González et al., 2006 (Copyright © 2006, John Wiley and Sons)
1. Marco Teórico 11
Figura 1-2. Morfología de la semilla de maíz.
(Adaptado de: http://www.fao.org/docrep/t0395s/T0395S00.GIF)
La masticación y salivación del maíz es una práctica ancestral usada desde las comunidades prehispánicas (Calvo & Saade, 2002). La salivación tiene un efecto hidrolítico en el almidón del maíz, que se libera por efecto mecánico de la masticación (Blandino, Al- Aseeri, Pandiella, Cantero, & Webba, 2003). La α-amilasa salival es una enzima que realiza la digestión bucal del almidón, rompiendo los enlaces polimerizantes α(1-4), liberando la maltosa y glucosa, azúcares que son utilizados por los microorganismos para la fermentación (Bonavia, 2003; Picó, 2006) donde las amilasas salivares causan el desdoblamiento de los almidones transformándolos en maltosa y glucosa que servirán de sustrato para fermentación alcohólica (Medrano, 2003).
En algunas comunidades el maíz que se utiliza se somete a un proceso de malteado en el cual las amilasas presentes en la semilla se activan cuando empieza la germinación y el 12 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.) embrión demanda compuestos más simples para su crecimiento. La cantidad de azúcares reductores inicial en el mosto tienen una relación directa con el alcohol que se genera en la fermentación y se puede constituir en un indicador de la actividad microbiológica durante la fermentación (Espitia, 2009).
Figura 1-3 Representación esquemática de los cambios de los gránulos de almidón durante el procesamiento hidrotérmico.
Fuente: (Romera, 2016)
Otro factor que afecta la estructura del almidón es la temperatura en presencia de agua, que genera ruptura de las moléculas dando paso a un hinchamiento y absorción progresiva e irreversible de agua y en consecuencia una disminución de la complejidad de la molécula (Figura 1-3) (Pineda, Coral, Arciniegas, Rorales, & Rodríguez, 2010).
El maíz, además de los contenidos expuestos en la Tabla 1-3, contiene vitaminas tales como niacina, ácido pantoténico, B6, riboflavina, tiamina; aminoácidos como el ácido 1. Marco Teórico 13 glutámico, leucina, fenilalanina, arginina, histidina, tirosina y otros, contenidos mayormente en el endospermo. Los aceites presentes en el germen, contienen bajos niveles de ácidos grasos saturados y altos poliinsaturados como el ácido linolénico y linoleico (Sánchez, 2014).
Tabla 1-3 Contenidos (g) por cada 100g de maíz comestible. Variedad Agua Proteínas Grasa Carbohidratos Fibra Cenizas de maíz Amarillo 12 8,4 1,2 77,3 0,6 0,4 Blanco 15,2 15,2 3,8 71,2 1,9 1,3 Pira 12.5 8,7 3,8 71,8 2,0 1,2 Porva 13,5 7,7 5,2 70,1 2,1 1,4 Fuente: (Ospina, 2001)
1.3 Proceso y elementos
A pesar de que la preparación de la chicha no ha sido definida por una norma y cada familia tiene su manera de elaborarla, la artesanal.
1.4 Fermentación
La fermentación es la ruta catabólica alterna a la respiración mediante la cual microrganismos obtienen energía química de compuestos orgánicos en ausencia de oxígeno (Achi, 2005). Existen diversos tipos de fermentación, según el compuesto resultante, entre ellas la fermentación alcohólica, láctica, entre muchas otras. 14 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Figura 1-4. Diagrama general de elaboración de maíz
muestra un diagrama de preparación que tiene en cuenta los pasos generales que se identificaron con base en fuentes primarias y secundarias.
Tradicionalmente, para el proceso de fermentación del mosto de maíz se ha utilizado ollas y recipientes de materiales porosos como el barro cocido (Cutler & Cárdenas, 1985; Medrano, 2003). En estas ollas de barro se pueden alojar microorganismos responsables de la fermentación que ocurre “espontáneamente” durante el proceso artesanal. 1. Marco Teórico 15
1.5 Fermentación La fermentación es la ruta catabólica alterna a la respiración mediante la cual microrganismos obtienen energía química de compuestos orgánicos en ausencia de oxígeno (Achi, 2005). Existen diversos tipos de fermentación, según el compuesto resultante, entre ellas la fermentación alcohólica, láctica, entre muchas otras. Figura 1-4. Diagrama general de elaboración de maíz
Fuente: Adaptado de (Cardona, 2008; Ordóñez, 2012) y recetas familiares de productores de chicha en Cundinamarca y Boyacá
Dos de los grandes grupos de microorganismos fermentadores en alimentos son las levaduras y las bacterias acidolácticas y cada uno aporta ciertas características a los productos como: 1) La producción de ácido láctico por fermentación de lactosa; 2) 16 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.) producción de compuestos volátiles como acetoina, acetona, diacetilo, ácido butírico, relacionados con los aromas de muchos alimentos: vino, cacao, café, mantequilla y en almidones fermentados como el de yuca (Vargas, 2010) o a base de maíz (Escamilla, 2000). Estos compuestos son formados por descarboxilación oxidativa a partir del exceso de piruvato producido por consumo de citrato o glucosa por parte de levaduras como Issatchenkia y Saccharomyces (Mukisa, Byaruhanga, Muyanja, Langsrud, & Narvhus, 2017), Kloeckera y Hanseniaspora (Bergamo & Ninow, 2010) y bacterias de los géneros Lactobacillus, Lactococcus, Streptococcus y Pediococcus; estas bacterias tienen actividad amilolítica y pueden utilizar los almidones como fuente de carbohidratos (Escamilla, 2000; Fula, 2010; Mukisa et al., 2017); 3) acidificación y formación de bacteriocinas que previene ataque de patógenos que deterioran los productos(Magala & Hojerová, 2015); 4) formación de alcoholes (Escamilla, 2000; Mollendorff et al., 2006 en Fula. 2010; Hancioǧlu & Karapinar, 1997; Waters, Mauch, Coffey, Arendt, & Zannini, 2015).
Es así que en el proceso de industrialización de bebidas fermentadas se han definido microorganismos específicos según los requerimientos del proceso, las fuentes de energía, las características organolépticas deseadas, tolerancia a diferentes medios (Magala & Hojerová, 2015), capacidad probiótica entre muchos otros parámetros de selección, sin embargo, dentro de las preparaciones fermentadas tradicionales existe un sinnúmero de microorganismos involucrados que otorgan las propiedades organolépticas características de cada preparación.
En la Tabla 1-4 se presentan algunas de las especies encontradas en alimentos fermentados a base de cereales alrededor del mundo. Las levaduras más representativas dentro de la fermentación de alimentos se encuentran en el género Saccharomyces aunque se han identificado otros géneros en alimentos fermentados a base de cereales como Candida, Torulaspora, Debaryomyce, Dekkera, Kluyveromyce (Hammes et al., 2005); mientras que dentro de las bacterias acido lácticas están los géneros Aerococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus y Weissella se caracterizan por su tolerancia a ambientes ácidos, con pH menores a 5 (Waters et al., 2015).
1. Marco Teórico 17
Tabla 1-4. Microorganismos nativos comunes en bebidas fermentadas a base de cereales.
Cereal usado como Bebida cultivo iniciador Pais / región Referencia sustrato Bagni mijo (millo) Desconocido Cáucaso (Beuchat, 2008)* Bogobe (Sadza/ Papilla de Sorgo Desconocido Botswana (Boling y Eisner, 1982)* Ugali) Bounza Trigo Desconocido Egipto (Morcos et al., 1973)* Boza Trigo, mijo (millo), Lactobacillus, Turkia, Albania, (Hancioglu y Karapinar, maiz, arroz, cebada, Saccharomyces Romania, Bulgaria 1997)* avena cerevisiae, (Zorba, Hancioglu, Genc, Leuconostoc, Pichia, Karapinar, & Ova, 2003) Torulaspora, Leuconostoc paramesenteroides , L.mesenteroides subsp. mesenteroides , L. mesenteroides subsp. dextranicum, L. oenos, Lactobacillus coryniformis , L. confusus, L. san francisco, Lb. fermentum, S. uvarum. Braga Mijo (millo) Desconocido Romania (Blandino et al., 2013)* Burukutu Sorgo S. cerevisiae, S Nigeria, Benin, (Faparusi et al., 1973)* chavelieri, L Ghana (Ezekiel et al., 2015) mesenteroides, Candida, Acetobacter Busa Arroz, mijo (millo) Lactobacillus, Siria, Egipto, (Blandino et al., 2003)* Saccharomyces, L. Turkestán helveticus, L. salivarus, L. casei, Lactobacillus. brevis, L. plantarum, L. buchneri, S. cerevisiae, Penicillium damnosus Busaa Maíz L. helveticus, L. Nigeria, Ghana (Nout, 1980)* salivarus, L. casei, L. (Ezekiel et al., 2018) brevis, Lb. plantarum, L. buchneri, S. cerevisiae, Penicillium damnosus Chicha Maíz C. tropicalis, P. Colombia (Chaves et al., 2014; guilliermondii, S. López et al., 2010; cerevisiae, P. kluyveri, Martínez, Cortés, H. uvarum, P. Jiménez, & Jiménez, fermentans, 2012) H. guilliermondii, Acetobacter sp., Leuconostoc, Lactobacillus, Gluconobacter sp. S. pastorianus, 18 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Mycoderma vini, Oidium lactis, Monilia candida, Aspergillus, Penicillium Doro mijo (millo) Bacterias y levaduras Zimbabwe (Madovi, 1981)* (hwahwa/mhmba/ malteado uthwala) Cerveza sorgo Sorgo kaffir Bacterias, levaduras Sudáfrica (Van Der Walt, 1956)* Kaffir (Getaye, Tesfaye, Zerihun, & Melese, 2018) Kunun-zaki Mijo (millo), trigo, Lb. plantarum, Lb. Nigeria (Agarry et al. 2010)* arroz, arroz fermentum, Lc. lactis. (Ezekiel et al., 2015) malteado Microbiota nativa
Kvass Centeno L. casei, Lc Rusia y Europa del (Dlusskaya et al., 2008)* mesenteroides spp. este Mesenteriodes, Lc. mesenteroides spp. Dextranicum, Lb. lactis, S. cerevisiae Mahewu Sorgo, maíz, yuca Lb. lactis, L. Zimbabwe (Steinkraus, 1983)* delbrueckii, Lb. (Salvador, McCrindle, Bulgaricus Buys, & Steenkamp, bacterias 2016) acidolácticas, levaduras Mangisi Mijo (millo) Desconocido Zimbabwe (Simwamba y Elahi, 1986)*
Munkoyo Sorgo, mijo (millo), Desconocido África (Simwamba y Elahi, maíz y raíz de 1986)* munkoyo (Zulu, Dillon, & Owens, 1997) Mutwiwa Maíz Bacterias, mohos, Zimbabwe (Gadaga et al., 1999)* Streptococcus, Lactobacillus, Candida, S. cerevisiae Nasha Sorgo Streptococcus, Afganistán, Irán, (Graham et al., 1986)* Lactobacillus, Sudán Candida, S. cerevisiae Otika Sorgo Bacillus sp. Nigeria (Ekundayo, 1969)* Staphylococcus (Oriola, Boboye, & aureus, Enterobacter Adetuyi, 2017) cloacae, Escherichia coli, Lb. plantarum, Lb. fermentum, Pediococcus acidilactici, Enterococcus faecalis, Leuconostoc mesenteroides, S. cerevisiae, Candida krusei, Candida tropicalis, Aspergillus sp, Penicilium italicum 1. Marco Teórico 19
Pito Sorgo, Maíz Geotrichum canidum, Nigeria (Ekundayo, 1969)* Lactobacillus sp., (Zaukuu, Oduro, & Ellis, Candida, Aspergillus 2016) clavatus, Mucor hiemalis, Cladosporium sphaerospemum, Cladosporium herbarum. S. cerevisiae, Debaryomyces hansenii and Pichia anomala. Seketech Maíz S. cerevisiae, S. Nigeria (Blandino et al., 2003)* chevalieri, S. elegans, L. plantarum, L. lactis, B. subtilis, A. niger, A. flavus, Mucor rouxii Takju Arroz, trigo Bacterias Corea (Han et al., 1998)* acidolácticas, S. cerevisiae Talla Sorgo Desconocido Etiopía (Ondufa y Oyewole, 1998)*
Tchoukoutou Sorgo Desconocido Etiopía (Ondufa y Oyewole, 1998)*
Tesgüino Sorgo Levaduras, bacterias África (Kayodé et al., 2007)* acidolácticas Ting Sorgo Lb. plantarum, Lb. Botswana ( Sekwati- Monang y casei, Lb. harbinensis, Gänzle, 2011)* Lb. fermentum, Lb. coryniformis, Lb. parabuchneri, Lb, coryniformis, Lb. reuteri Tobwa Maíz Baceterias Zimbabwe ( Gadaga et al., 1999)* acidolácticas Uji Maíz, sorgo, mijo Lc. Mesenteroides, Lb. Kenya, Uganda y (Steinkraus, 1995)* (millo) plantarum Tanganyca * citado en Hammes (2005)
1.5.1 Fermentación alcohólica
Este proceso de degradación de azúcares ocurre en dos etapas: la primera por la respiración de las levaduras vía glicólisis, estos microorganismos degradan el azúcar a acido pirúvico (en presencia del oxígeno del mosto) el cual entra al ciclo de Krebs. Las levaduras ocupan la energía producida para su multiplicación. Al agotarse el oxígeno, inicia la segunda etapa, la fermentativa. En ésta, el ácido pirúvico producto de la glicólisis se descarboxila a acetaldehído, luego se reduce a etanol (Figura 1-5) y se libera dióxido de 20 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.) carbono (Ecuación 1-1). Según el metabolismo de las levaduras, otra parte de los azucares se degradan por la vía gliceropirúvica, donde se produce glicerina y acido pirúvico que da lugar a compuestos secundarios como ácido acético, ácido láctico, entre otros. Además de la degradación de azúcares, las levaduras transforman otros compuestos para el mantenimiento celular, como materia nitrogenada y compuestos azufrados (Figura 1-6). (García & Mamani, 2008)
+ + 퐶6퐻12푂6 + 2퐴퐷푃 + 2푃푖 + 2푁퐴퐷 → 2푝푖푟푢푣푎푡표 + 2푁퐴퐷퐻 + 2퐻 + 2퐻2푂 + 2퐴푇푃 (ec. 1.1)
Este metabolismo nitrogenado produce compuestos alcohólicos diferentes del etanol, tales como el isobutanol, los alcoholes amílicos o el 2-feniletanol, estos alcoholes superiores y sus ésteres tienen efecto en las características organolépticas del producto. Por su parte, el metabolismo azufrado para la síntesis de proteínas tiene como subproductos como el ácido sulfhídrico que pueden afectar negativamente las características organolépticas (Fernandez, 2005).
Figura 1-5. Esquema general de la transformación de azúcares a etanol
GLUCOSA Glucólisis PIRUVATO Piruvato descarboxilasa Mg2 + pirofosfato de tiamina
2 ETANOL Alcohol deshidrogenasa NADH ACETALDEHIDO + CO 2
Fuente: (Lidia, 2005)
La descomposición de los compuestos presentes en el mosto da lugar a los diferentes alcoholes superiores, algunos ácidos como el ácido láctico principalmente y otros como fórmico, acético, propiónico, succínico, cítrico, etc. y otros productos como aldehídos, ésteres, amidas, aminoácidos, sales orgánicas y minerales (Carretero, 2006).
Por su parte, el metanol también es un subproducto de la fermentación formado gracias a la hidrólisis de la pectina de la materia prima, especialmente de las frutas. Se han encontrado cantidades por debajo de 100 mg/l de metanol en vinos con alguna fracción proveniente de fermentación de orujo u hollejo. Este alcohol es muy volátil, por lo que en 1. Marco Teórico 21 bebidas destiladas puede estar más concentrado, como en el caso del brandy, donde se han encontrado niveles de hasta 1500 mg/l. Para el caso de bebidas fermentadas a base de cereal, esos contenidos pueden ser menores que las bebidas de frutas (Hernández & Sastre, 1999)
Figura 1-6: Formación de compuestos aromáticos en las levaduras
Fuente: Adaptado de Henschke & Jiranek, 1993
La cantidad permisible de metanol en cerveza es de 100 ppm según la NTC 3854 (ICONTEC, 1996a). La toxicidad de este radica en los metabolitos secundarios formaldehido y ácido fórmico que producen síntomas como: embriaguez, cefalea, náuseas, vómito, dolor abdominal, respiración acelerada. También se ve afectada la vista: visión borrosa, pupilas dilatadas, fotofobia, incluso ceguera. Puede afectar riñones, sistema circulatorio, sistema nervioso hasta causar la muerte (Llinás, 2006).
En Guatemala se han reportado contenidos de metanol en bebidas fermentadas a base de maíz, en cusha entre 19 y 23 ppm, en boj (a base de caña azúcar y maíz) entre 35 y 61 ppm y en fresco de súchiles (a base de maíz, frutas y panela) se encontró niveles entre 136 y146 ppm de metanol (Lidia, 2005). Por otro lado, en muestras de chicha a la venta al 22 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.) público en el festival de la Chicha en Bogotá, se analizaron más de 40 muestras sin obtener trazas de metanol en su composición (Beltrán et al., 2009).
1.5.2 Fermentación láctica
Esta fermentación se ha usado como método de bioconservación de frutas, verduras y otros alimentos, precisamente por la producción de ácido láctico como inhibidor de microorganismos (del Risco et al., 2016; Steinkraus, 1997). Según los productos finales de la fermentación, las bacterias pueden ser homofermentativas o heterofermentativas. La producción de ácido láctico no es exclusiva de las incluidas en el grupo láctico, también algunas bacterias de los géneros Bifidobacterium, Bacillus, Clostridium, Microbacterium y algunas enterobacterias (Chaves et al., 2014; Serna& Rodríguez, 2005).
En el caso homofermentativo, el producto predominante es el ácido láctico, aunque bajo condiciones limitadas de glucosa, aumento de pH o temperatura se puede generar otros ácidos orgánicos. Dentro de este grupo se pueden mencionar las Lactobacillus rhamnosus, Lb. lactis, entre otras. La fermentación homoláctica puede ser obligada o facultativa y se resumen en la ecuación (1-2) (Salminen, 1993, citado por (Serna& Rodríguez, 2005).
퐶6퐻12푂6 + 2퐴퐷푃 + 2푃푖 → 2퐶퐻3 − 퐶퐻푂퐻 − 퐶푂푂퐻 + 2퐴푇푃 (1-2)
Por su parte, en la fermentación heteroláctica se producen otros compuestos en cantidades equimolares a partir de la glucosa, como ácido acético, etanol y CO2. Todas las bacterias del género Leuconostoc y algunas otras como Lactobacillus. bifidus y Lb. brevis usan esta vía de fermentación resumida en la ecuación (1-3) (Salminen, 1993, citado por Serna & Rodríguez, 2005)
퐶6퐻12푂6 + 2퐴퐷푃 + 2푃푖 → 퐶퐻3 − 퐶퐻푂퐻 − 퐶푂푂퐻 + 퐶퐻3퐶퐻2푂퐻 + 퐶푂2 + 2퐴푇푃 (1-3)
En general, la fermentación acidoláctica favorece las características nutricionales al facilitar la disponibilidad de algunas vitaminas y la síntesis de algunos aminoácidos 1. Marco Teórico 23 esenciales, también mejora algunos aspectos sensoriales en textura, aromas, apariencia y consistencia de los alimentos y disminuye sustancias indeseables como micotoxinas y otros factores antinutricionales (Waters et al., 2015).
2. Objetivos
2.1 Objetivo General
Caracterizar una bebida fermentada de maíz elaborada en condiciones tradicionales comparada con una elaborada bajo condiciones de planta piloto.
2.1 Objetivos específicos
. Caracterizar el procedimiento de elaboración artesanal de la bebida fermentada de maíz tipo chicha, así como el producto terminado.
. Establecer la formulación y condiciones de operación para la elaboración en planta de la bebida fermentada que conserve mayor similitud con la realizada en campo.
. Evaluar la composición bromatológica, características fisicoquímicas, microbiológicas y tiempo de conservación de la formulación realizada en planta comparada con la elaborada artesanalmente.
3. Caracterización del proceso de elaboración artesanal
La producción artesanal de la chicha evaluada en este documento es resultado de la tradición oral familiar de la señora Maria Teresa Rodriguez Garzón, reconocida productora de chicha y otros productos de maíz en el municipio de Guasca (Cundinamarca).
3.1 Materiales y métodos
Para caracterizar el procedimiento de elaboración se hicieron visitas a la productora. Se hicieron dos visitas por cada actividad evaluada: 1) compra y preparación de materia prima para el proceso, 2) elaboración de mosto e inoculación, 3) endulzado final y venta. Cada visita se progamó con base los tiempos de la agricultora cuyo cronograma está dirigido a tener producto listo cada domingo, dia del mercado campesino donde comercializa su producto.
La primera visita tuvo como objetivo reconocer las materias primas utilizadas por la productora, sus características, sus proveedores, volúmenes de compra y manipulación previa de las mismas para el procesamiento. La visita se programó para el viernes, de tal manera que se respetara el tiempo de pretratamiento para el inicio del proceso que la productora programa para los lunes, día en el cual se realizó la segunda visita.
Esta segunda visita se centró en la elaboración del mosto, que inicia hacia las 6:00 am con la molienda del maíz y la dilución de la panela en el agua para la posterior cocción. Que el proceso inicie el lunes obedece al lapso entre el inicio de la fermentación y la venta al público los domingos, días de mercado.
28 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
La tercera visita se programó para el domingo en la mañana, momento en el cual se hace la última intervención a la bebida: se endulza, se tamiza y se envasa en el contenedor para llevar al mercado.
Se repitieron las visitas en su orden durante tres semanas para tener información por tripliacado, además, en cada visita se recolectaron muestras del producto final, envasadas en recipientes plásticos con válvula de salida y en refrigeración durante un tiempo máximo de 3 horas y llevadas al Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos de la Universidad Nacional, sede Bogotá, para su análisis.
3.1.1 Materias primas
Se hizo un acompañamiento a la productora en la compra de las materias primas para reconocer los criterios de selección con los que cuenta de manera empírica. A través de entrevistas no estructuradas se registraron: 1) proveedores, 2) condiciones para la elección de la materia prima, 3) tipos de contaminación, 4) pérdida de materia prima por condiciones de calidad, 5) operaciones previas al procesamiento.
En el caso del maíz, se hizo la medición del porcentaje de pérdidas separando los granos con daños por insectos, infestación con hongos, daño mecánico y registrando su peso. El cálculo se hizo con la ecuación (3-1).
푝푒푠표 푑푒 푙표푠 푔푟푎푛표푠 푑푎ñ푎푑표푠 % 푑푎ñ표푠 = ( ) ∗ 100% (Ec 3-1) 푝푒푠표 푡표푡푎푙 푑푒 푙푎 푚푢푒푠푡푟푎
3.1.2 Proceso artesanal de elaboración
Se hizo la descripción de las condiciones de proceso: técnicas de lavado, cantidad de materia prima, temperaturas y tiempo de cocción, material de los recipientes utilizados, tipo y cantidad de inóculo, condiciones para la inoculación y envase y conservación. 3. Caracterización del proceso de elaboración artesanal 29
3.1.3 pH, acidez titulable (AT) y sólidos solubles (°Brix) del producto tradicional
Estos parámetros fueron medidos por triplicado para cada una de las tres muestras del producto final obtenidas en las visitas realizadas.
El pH se midió mediante el uso de un medidor de pH (Metrohm, Herisau, Switzerland) en un volumen de 100 ml de muestra desgasificada según NTC 5114 (ICONTEC, 2003a).
La determinación de acidez titulable se realizó de acuerdo a la NTC 5114 por volumetría utilizando como titulante hidróxido de sodio 0,1 N y fenolftaleína como indicador. Los resultados se presentan en términos de ácido láctico (g ácido láctico/ l de bebida).
La determinación de sólidos solubles se hizo mediante refractometría (Fula, 2010), tomando 1,5 ml aprox. de la muestra desgasificada cubriendo el prisma del equipo y se registró el valor arrojado en °Brix (°Bx).
3.1.4 Concentración de etanol del producto tradicional:
La determinación se realizó por destilación según NTC 3952 (ICONTEC, 1996b). Se midieron 100 ml de bebida desgasificada en un balón aforado, estos 100 ml se colocaron dentro de un balón de destilación, enjuagando el balón volumétrico con 50 ml de agua destilada.
Se dispuso un balón volumétrico de 100 ml rodeado de un baño de hielo para recolectar el destilado. Se destiló alrededor de 96 ml a velocidad uniforme durante un tiempo entre 30 y 60 minutos, asegurando que la temperatura de salida del agua de refrigeración no sobrepasara los 25°C. El destilado obtenido se llevó a 20°C y se aforó a volumen con agua destilada. Posterior a esto se determinó la gravedad específica a 20°C/20 °C y se compararon con la tabla de masas volumétricas aparentes de mezclas hidroalcohólicas (Ministerio de agricultura & Insituto Nacional de vitivinicultura, 2013) 30 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
3.1.5 Concentración de metanol
Esta determinación se hizo basada en el procedimiento descrito en la NTC 5159 (ICONTEC, 2003), mediante la oxidación del metanol presente en las muestras a formaldehido con permanganato de potasio y la posterior medida de la intensidad del color desarrollado en reacción con ácido cromotrópico por espectrofotometría (espectrofotómetro Jasco V-503, Tokio, Japón): Se hizo una solución de permanganato de potasio al 3% con 15 ml de ácido ortofosfórico al 85%, de la cual se tomaron 2 ml en un tubo de ensayo en un baño de hielo por 10 minutos. Se adicionó 1 ml de la muestra destilada y se dejó en reposo en el mismo baño durante 30 min. Se adicionó 1 ml de la solución de ácido cromotrópico a la muestra previamente decolorada con metabisulfito de sodio y 15 ml de ácido sulfúrico al 96 % adicionado lentamente con agitación suave. La mezcla se llevó a baño maría por 15 minutos y se transfirió ya fría a balón volumétrico de 50 ml aforando con agua destilada.
Se midió la absorbancia a 575 nm utilizando como blanco una solución de alcohol etílico al 5,5 % tratado de la misma manera como la muestra. La curva estadar se construyó graficando las absorbancias de soluciones estándar de metanol (pureza 99,5% CHEMI ®) preparadas simultáneamente con la muestra y se obtuvo la siguiente expresión (Ec 3-2)
푀푒푡푎푛표푙 (푔푙−1) = 9 ∗ 10−5 ∗ 푎푏푠표푟푏푎푛푐푖푎 + 1,79 ∗ 10−2 (푅2 = 0,9981) (Ec 3-2)
3.1.6 Análisis proximal
Se hizo la determinación de grasa método de extracción Soxhlet (AOAC 960.39), proteína por el método Kjeldhal (AOAC 920.39), humedad por secado con aire (AOAC 925.10) y ceniza por calcinación (AOAC 923.03); adicional a esto se realizó la determinación de fibra dietaria con el kit de ensayo Sigma-Aldrich© basados en el método enzimático- gravimétrico (AOAC 985.29)
3. Caracterización del proceso de elaboración artesanal 31
3.1.7 Recuento microbiológico.
Se transfirieron 10 g de producto tradicional a 90 ml de agua de peptona. Se hicieron diluciones seriadas y se realizaron recuentos de 1) mohos y levaduras: siembra en placas Petrifilm® Rapid Yeast and Mold Count Plates, incubadas a 25°C por 3 días según método oficial AOAC 2014.05 (Bird et al., 2015). 2) Enterobacterias: siembra en placas Petrifilm® Enterobacteriaceae Count Plate, incubadas a 36°C durante 24 horas, según método AFNOR 3M 01/0609/97 (ADRIA Développement, 2018). 3) Staphylococcus aureus: siembra en Placas Petrifilm® Staph Express, incubadas a 37°C por 24 horas (Silbernagel & Lindberg, 2001)
3.1.8 Análisis de datos
La tabulación de los datos se realizó usando el programa Microsoft Excel ® 2016. Los datos fueron expresados en promedio ± desviación estándar.
3.2 Resultados y discusión
A continuación se presentan los procedimientos llevados a cabo por parte de la productora para la selección de las materias primas, la elaboración de la bebida, la obtención y características del inóculo y del producto final.
3.2.1 Maíz
La adquisición del maíz se hace por encargo desde el municipio de Machetá (Cundinamarca) y en caso de no tener acceso a éste se hace la compra en almacenes municipales o de cadena. En el primer caso, el maíz se recibe independiente de su estado y en el segundo caso se hace una inspección visual y se elige el empaque con menos granos dañados a la vista. Las consideraciones físicas que se tuvieron en cuenta para la selección en campo fueron el color y los signos de daño, tanto por hongos como por 32 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
insectos. La norma técnica NTC 366, correspondiente a maíz en grano para consumo humano indica que es permitido un máximo de 10% de granos dañados (entre infestados e infectados) y partidos (ICONTEC, 2015).
En la selección, realizada manualmente, se retiraron los granos partidos y los afectados por insectos y hongos (Figura 3-1). En total, se cuantificó una pérdida promedio de 13% del grano a usar en el proceso. Durante esta selección se evidenció la presencia de adultos de insectos cuya morfología es similar a Sitophilus zeamais de la familia Curculionidae, reportado como insecto plaga para maíz y otros cereales almacenados (Martínez, D’Antonino, & Soto, 2013; Suleiman, Rosentrater, & Bern, 2015). El daño generado en los granos se debe a la alimentación del insecto formando galerías, llegando a causar pérdidas entre 3 y 30% (Njoroge et al., 2016).
Figura 3-1. Apariencia de granos de maíz variedad Porva.
Der. Granos sanos. Centro: granos defectuosos, partidos, y con galerías. Izq. Adultos de insecto plaga.
El ataque por insectos trae consigo diferentes problemas de tipo sanitario, no solamente por la calidad del grano en sí mismo, sino también por la alta probabilidad de presencia de microorganismos patógenos como Aspergillus, Penicillium y Fusarium que producen micotoxinas que comprometen la inocuidad del producto (Riudavets, Pons, Messeguer, & 3. Caracterización del proceso de elaboración artesanal 33
Gabarra, 2018). A temperaturas superiores a 21 °C la esporulación de Aspergillus sp. se activa (Di Domenico et al., 2016) aumentando la probabilidad de aparición de las aflatoxinas debidas a la actividad fúngica (Medina et al., 2017). Guasca cuenta con una temperatura promedio de 12.5±0.5°C (U.S. Department of commerce, 2018) por lo que no se presume una presión positiva del ambiente sobre la actividad del hongo. Sin embargo, los granos con presencia de micelio son un potencial contaminante y se descartan del proceso.
3.2.2 Panela
La selección de la panela se hizo también de manera visual, teniendo en cuenta que el color de la panela usada dará el color al producto final, por lo que se escogió la panela de colores más oscuros, independiente de la marca (Figura 3-2).
Figura 3-2. Diferencia de color de panelas disponibles en el mercado
Durante su proceso de elaboración, múltiples factores tanto agronómicos (variedad de caña, condiciones agroecológicas, etc.) (García, Narváez, Heredia, Orjuela, & Osorio, 2017) como de proceso (pH, temperatura y tiempos, etc.) influyen en la apariencia final de la panela (Quezada, Quezada, & Molina, 2017), estas condiciones, que serán discutida más adelante, pueden ser muy variables dada la naturaleza artesanal de la manufactura panelera (Ordoñez Díaz & Rueda-Quiñónez, 2017).
34 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
3.2.3 Inóculo
El inóculo es obtenido del lote anterior, almacenado en un recipiente plástico rígido, previamente lavado con agua corriente haciendo enjuagues por 20 a 30 segundos, la desinfección se realiza llenando el recipiente con agua a punto de ebullición durante 30 segundos, tres veces. El inóculo es almacenado durante tres días a temperatura ambiente con la tapa cerrada de tal manera que permite la salida de los gases desde el interior de la botella. La productora menciona que se puede almacenar hasta 8 días a temperatura ambiente siempre que no esté herméticamente cerrado ya que puede causar la expulsión del contenido.
El producto es almacenado para ser usado posteriormente como “pie de cuba” o backslopping, de tal forma que su adición reduzca el tiempo de fermentación comparado con un proceso sin el inóculo (De Vuyst et al., 2014; Shrivastava & Ananthanarayan, 2015). Esta condición es evidente para la productora, quien mencionó que “si no se tiene el fermento o si se rompió la olla, hay que esperar como 20 días para que la chicha quede buena” (T. Rodríguez, comunicación personal, 09 de abril de 2017).
Esta forma de conservación del inóculo es muy común en las prácticas artesanales (Achi, 2005; Beltrán et al., 2009; Chaves et al., 2014; García & Mamani, 2008; Hancioǧlu & Karapinar, 1997; Medrano, 2003; da Cruz, Rabelo, Ferreira, Gonzaga & Freitas, 2012; Ordóñez, 2012) ya que los elementos requeridos están en los hogares, a diferencia de otras metodologías como la liofilización o la crioconservación, en las cuales se requieren equipos especializados (Camacho, Serrat, Orberá, & Rodríguez, 2014; García & Uruburu, 2000). Los productos elaborados con este inóculo pueden tener características estables dado que la microbiota que se propaga y prevalece es la mejor adaptada (Chaves et al., 2014), por ejemplo, Lb. fermentum, Lb. plantarum y Lb. reuteri presentan adaptación a ambientes hostiles y esta característica puede causar su predominancia en inóculos nativos (Parente et al., 2010; Serrazanetti et al., 2009; Vrancken et al., 2008; Vogelmann y Hertel, 2011 en De Vuyst et al., 2014). De forma similar ocurre con el almidón de yuca, donde el agua utilizada en previas fermentaciones es usada como inóculo para las sucesivas fermentaciones y es allí donde ocurre la selección natural de las bacterias 3. Caracterización del proceso de elaboración artesanal 35
acidolácticas mejor adaptadas, las cuales proveen una mejor calidad del producto final (Kimaryo, Massawe, Olasupo, & Holzapfel, 2000; Quintero, Giraldo, & Lucas, 2012)
3.2.4 Proceso artesanal de elaboración y producto final
El proceso inicia con el lavado del maíz con agua corriente suficiente para cubrir los granos, se repite 3 veces con agitación vigorosa sobre un tamiz grueso para permitir la libre salida del agua de lavado y las impurezas removidas. Posteriormente se hace un lavado con agua a punto de ebullición para disminuir la carga microbiana y finalmente, se embebe el maíz durante 72 horas en agua previamente hervida con el fin de facilitar el proceso de molienda. Esta imbibición depende, entre otros factores, de la permeabilidad de la testa y la capacidad de absorción de agua por parte de las proteínas, polisacáridos y almidones tanto del pericarpio como del endospermo (Méndez, Merazo & Montaño, 2008; Palacios, 2000) Al absorber agua, la semilla inicia su proceso de germinación activando el embrión, momento en el cual se sintetizan y liberan enzimas citolíticas (α- glucanasas, β- glucanasas) que hidrolizan la pared del endospermo, exponiendo los granos de almidón a acción de otras enzimas promovidas por el ácido giberélico del embrión activo y por las hidrolasas (α- amilasas, β-amilasas, α glucosidasas) y proteasas en la aleurona (da Cruz et al., 2012; Ezekiel et al., 2015; Kubo, 2014; Lappe & Ulloa, 1989; Zulu et al., 1997).
Pasadas 72 horas el maíz que se considera listo para procesar, presenta una germinación incipiente. En este punto el proceso de malteado ha iniciado, con el consecuente efecto de la liberación de azúcares simples para la posterior fermentación (Figura 3-3).
Este maíz es nuevamente lavado con agua corriente y con agua hervida y luego es llevado a un molino de discos (Corona, Medellín, Colombia) acoplado a un motor eléctrico. La primera molienda se realiza con una separación de discos entre 0,3 y 0,5 cm para romper el pericarpio y la extracción inicial del almidón. Una segunda molienda con una separación de discos entre 0,3 y 0,15 cm para disminuir el tamaño de partícula, esta vez se realiza la adición de un promedio de 1 l de agua hervida para facilitar el paso de la masa por los discos. El extracto acuoso es filtrado con un tamiz de uso doméstico. El retenido es mezclado con 1 l de agua hervida y es sometido a una última molienda con la mínima 36 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
separación de los discos, luego es filtrado y mezclado con el resto del extracto obtenido. La cantidad de sólidos de maíz en el extracto corresponde entre 40 y 60% del peso.
La productora hace una inspección visual del retenido final y si supera el equivalente al 30% (aproximado) de la masa del maíz hidratado y se observan partículas blanquecinas (correspondientes a almidón), se realiza una cuarta molienda, esta vez con la adición del líquido ya obtenido para no aportar más agua a la mezcla, hasta alcanzar un máximo de 20% del peso total del grano retenido en el tamiz. Hay que mencionar en este punto que la productora usa entre el 75 y el 100% del total del extracto acuoso, lo que hace que la cantidad de maíz utilizado sea variable.
Simultáneamente, la panela (en proporción de 100 g/l) es diluida en 10 l de agua en ebullición (correspondiente al 50% del volumen total) en un recipiente de aluminio de capacidad de 20 l en el cual se vierte el extracto, se afora a volumen y se cuece con agitación suave durante 20 minutos a partir de la ebullición la cual ocurre hacia los 90 ± 2°C en el lugar de trabajo. A través de este tratamiento térmico se llega a dos resultados. 1) La hidratación de los almidones y la generación de las redes coloidales entre amilosa y amilopectina liberadas de los gránulos de almidón (Andersson, Gekas, Lind, Oliveira, & Oste, 1994; Chaves et al., 2014; Espitia, 2009; Niño et al., 2009; Pérez, 2015; Pomasqui, 2012) y 2) La disminución de carga microbiana en el mosto de maíz (Atter, Ofori, Anyebuno, Amoo & Amoa, 2015; Becerra, 2014; Descalzo, Pérez, Bouzas, & Dhuique, 2016; Dobson, McDougall, Stewart, Cubero, & Karjalainen, 2016).
3. Caracterización del proceso de elaboración artesanal 37
Figura 3-3. Extracción de alimdón de maíz
Pasado el tiempo de cocción, se deja en reposo por 24 horas con el recipiente cerrado, con el fin de asegurar la reducción de la temperatura para evitar afectar la fermentación.
En general, el rango de temperaturas reportadas para la adecuada fermentación está entre 18-33°C (Becerra, 2014; Ccopa et al., 2017; Chaves et al., 2014; Fula, 2010; Guamán, 2013). Temperaturas superiores pueden causar daño directo sobre los microorganismos fermentadores, p. ej. en Saccharomyces cerevisiae o el incremento del metabolismo de productos como ácido acético y alcohol que consecuentemente hace que las especies 38 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
reactivas al oxígeno (ROS) aumenten, la suma de todos estos factores redunda en un ambiente hostil para los microorganismos y se ve reducido su desempeño fermentativo (Woo, Yang, Kim, Blank, & Park, 2014). Por otra parte, temperaturas bajas pueden causar una disminución del metabolismo celular, por lo tanto una fermentación más lenta (Cauvain, 2007; Seong-Eun, Seung-Ho, Eun-Ju, Chang-Su, & Hong-Seok, 2018).
La fermentación es realizada en recipientes de barro cocido usados reiterativamente para tal fin, el recipiente no es lavado durante su vida útil para conservar la microbiota presente (Lappe & Ulloa, 1989), la cual forma un lodo al interior del mismo que actúa como cultivo iniciador complementando la acción del inóculo. Tello et al. (1991) y Hernández et al. (2016) mencionan, para el caso de los lodos de fermentación de vino, un alto contenido protéico (23%), de grasas (5,85% y cenizas (5,37%) derivados principalmente de los residuos de material vegetal, microorganismos muertos y remanentes de las levaduras y bacterias responsables de la fermentación. Para el caso de la chicha de maíz, este lodo puede contener carbohidratos simples y complejos y otros compuestos como minerales y restos de material orgánico proveniente del maíz y la panela que no fue retenido en la malla del tamiz. Estos posiblemente contribuyen al mantenimiento de los organismos fermentadores hasta la adición del nuevo mosto en el recipiente que suele ser al tercer día de vaciada la olla de fermentación.
López-Arboleda et al. (2010) encontraron en chicha de maíz que las especies de levaduras S. cerevisiae, P. guilliermondii y C. tropicalis están presentes desde el inicio de la fermentación, en la fase tumultosa y al final de la fermentación. Otras especies posiblemente encontradas en los lodos son S. pastorianus, Mycoderma vini, Oidium lactis, and Monilia candida, Leuconostoc, Lactobacillus, Acetobacter (Chaves et al., 2014).
Como se mencionó anteriormente, el uso del “pie de cuba” o backslopping ha sido utilizado en múltiples matrices alimenticias, sin embargo, autores como De Vuyst et al. (2014) mencionan que en masas acidifiicadas de trigo, el proceso de backslopping suele beneficiar a las especies acidotolerantes como Lb fermentum, Lb. Plantarum y Lb. Reuteri, mientras que para el caso de las levaduras puede no ser tan beneficioso ya que su crecimiento es mas lento que el de las bacterias, aunque especies como Candida humilis 3. Caracterización del proceso de elaboración artesanal 39
se ve favorecida comparada con S. cerevisiae. Por su parte, Onyango (2004) en su estudio en uji, papilla a base de maíz y otros cereales, coincide con que las bacterias acidolácticas son las predominantes en este tipo de proceso, mencionando a Lb.plantarum, P.acidilactici, P. pentocaceus y Lb. cellobiosus como las principales especies encontradas.
Transcurrido el tiempo de fermentación (6 días), se procede a endulzar la mezcla con panela (10% p/v) disuelta en agua en ebullición (10% v/v). Las características del producto final se presentan en la Tabla 3-1. Se realizó el conteo microbiológico el cual arroja ausencia para S. aureus y E. coli y coliformes, mientras presenta un recuento alto de mohos y levaduras, bacterias acidolácticas y mesófilos aerobios (Tabla 3-2).
Este producto se vende en el mercado local almacenado en un recipiente de barro, similar al de fermentación, que mantiene la bebida a una temperatura de 18°C aprox. gracias al fenómeno de enfriamiento por evaporación que ocurre en los contenedores de materiales porosos (Ortíz, 2017) y es servido al consumidor en vasos de 200 ml. El resumen de este proceso está representado en la Figura 3-4
Tabla 3-1. Características de la bebida fermentada tradicional elaborada en campo.
pH °Bx % Ácido láctico %Etanol % Metanol
3,45 ± 0.196 12,95 ± 1,83 0,92 ± 0,049 2,9 ± 1,27 < 25ppm
La apariencia típica del crecimiento de las levaduras sobre un medio de cultivo es en forma de colonias pastosas, constituidas en su mayor parte por células aisladas (Carrillo et al., 2007). y de apariencia similar a una colonia bacteriana (Pazmiño, Escudero, & Grijalva, 2014) a diferencia de las colonias de mohos, las cuales presentan formación de hifas o filamentos (Wachsman & Degrossi, 2012). Las colonias obtenidas en este estudio se presentaron aisladas, con superficie lisa, sin presencia de micelio filamentoso, descartándose la presencia de mohos.
40 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Tabla 3-2. Recuento microbiológico de la bebida fermentada tradicional
S. aureus E.coli y coliformes MyL LAB Mesófilos (UFC/ ml) (UFC/ ml) aerobios (UFC/ml) Ausente Ausente 1,53E+07 1,58E+08 3,00E+06
Ya que no existe una normativa específica para este tipo de bebidas, se tomó como referencia lo reportado por Beltrán et al.(2009) en la evalución de 49 muestras de chicha comercial, cuyo pH promedio es de 3,44±0,38. Este autor indica como estimador para coliformes fecales un contenido menor a 3 (NMP4), y para mohos un contenido <1000 unidades formadoras de colonia (UFC)
Para el caso de la bebida evaluada en este trabajo, el recuento de E. coli y coliformes se ajusta al indicador. El proceso fermentativo puede inhibir estos patógenos, especialmente, gracias a la disminución del pH. E. coli y otros coliformes se reproducen en pH entre 4,4 y 6,7 (Elika - Fundación vasca para la seguridad agroalimentaria, 2013). El pH de la bebida tradicional está por debajo del rango lo que disminuye la probabilidad de supervivencia del patógeno. La ausencia de E, coli y coliformes puede indicar la manipulación del producto bajo condiciones higiénicas (Beltrán et al., 2009) a pesar de no contar con un área regida por las normas sanitarias.
De otro lado, la ausencia de mohos en la muestra es una condición favorable, ya que se descarta la presencia de microorganismos del género Aspergillus, Fusarium, y Penicillium, cuyo crecimiento en placa es de tipo algodonoso, filamentoso (típico de mohos), los cuales pueden conllevar a la aparición de micotoxinas con capacidad para tener efectos considerables sobre la salud de las personas (FAO & OIEA, 2003)
4 Número más probable 3. Caracterización del proceso de elaboración artesanal 41
Figura 3-4.Diagrama de proceso de la elaboración tradicional de chicha en Guasca (Cundnamarca)
42 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
S. aureus es un patógeno que produce enterotoxinas termoestables que se pueden transmitir a las personas a través del consumo de alimentos contaminados por falta de higiene e inadecuadas prácticas de cocinado y conservación. La Union Europea fijó un recuento máximo de este microorganismo según el alimento, por ejemplo, el queso elaborado con leche cruda es el de mayor recuento permisible, entre 104 y 105 UFC/g, superado ese punto el alimento debe ser sometido a pruebas de enterotoxinas estafilocócicas (Elika, 2013b). De nuevo, la chicha tradicional no presentó recuentos de S. aureus, lo que indica que la fermentación se hizo de manera higiénica, sin contaminación cruzada y permitió tener un producto cuyas características son desfavorables para el crecimiento de este patógeno.
Atter et al. (2015) encontraron en kenkey, producto de masa fermentada de maíz que el pH estuvo entre 3,6 y 3,9, los recuentos de E. coli y coliformes estuvieron entre 10 y 1000 UFC/g junto con S. aureus con 10 y 100 UFC/g. Los autores atribuyen estos resultados a la mala manipulación del producto ya que en algunas de sus muestras estos dos microorganismos estuvieron ausentes. El pH obtendo por estos autores es superior al obtenido por Beltrán (2009) y al de la chicha evaluada en este estudio, concordando con el mayor recuento de estos patógenos, lo que reafirma el efecto del pH sobre la presencia de estos microorganismos.
En cuanto a los mesófilos aerobios, los mismos autores obtuvieron recuentos de 106 y 107 UFC/g. en en mismo rango que los recuentos obtenidos para la chicha de maíz elaborada en campo de106 UFC/g. Los mesófilos son usados como indicadores de la calidad del pocesamiento de los alimentos y en general no provocan enfermedades en el ser humano y sus valores de referencia están en las 104 UFC/g (Salgado, 2002), sin embargo, para productos fermentados no aplican estas referencias ya que los organismos fermentadores pueden estar incluidos en ese recuento (Red nacional de laboratorios oficiales de análisis de los alimentos (RENALOA) & Administración nacional de medicamentos, 2014)
Por su parte, en la revisión realizada en pulque, destilado de la fermentación del maguey, hecha por Chavez, Pérez y González (2016), encontraron que el recuento de levaduras al finalizar la fermentación espontánea está alrededor de 107 UFC/g y el contenido de etanol 3. Caracterización del proceso de elaboración artesanal 43
oscila entre 2 %y 13 %, según las condiciones y las especies involucradas en la fermentación. En champus, bebida de maíz con frutas, el contenido de alcohol es alrededor de 2,5% y 4,2%, con recuentos entre 105 y 107 UFC/de levaduras. En masa agria de maíz, las bacterias acidolácticas son las predominantes con recuentos de 108 UFC/ g, seguidas de las levaduras con recuentos de 107 UFC/ g.
En boza, bebida de maíz de origen turco (Zorba et al., 2003) se presentan recuentos de bacterias acidolácticas de 8,1x106 UFC/ g, recuento de levaduras de 108 UFC/g, con 12,3 °Brix. Por su parte, Atter et al. (2017) encontró que el burukutu, producto fermentado de sorgo, presenta pH de 2,93, 4°Brix y una acidez titulable de 0,97 g/kg. Estos valores indican que la fermentación de esta bebida consume más sustratos y tiene mayores contenidos de alcohol y ácido que la chicha de maíz evaluada.
En estos productos, la fermentación ocurre gracias a un consorcio de levaduras y bacterias las cuales cuentan con amilasas que facilitan el ataque de las moléculas, se incrementa el contenido de vitamina B y aminoácidos libres, al tiempo, se genera etanol, CO2 y otros compuestos volátiles que contribuyen a las cualidades sensoriales (Chaves et al., 2014).
3.2.5 Estabilidad del producto
En condiciones normales, el lote de 20 l es vendido para consumo inmediato en un lapso de 5 horas debido a la alta demanda, sin embargo, en caso de ser almacenado, la productora local sugiere un almacenamiento refrigerado de no más de 5 días en un recipiente con un sistema de cierre que permita la salida del CO2 producido por la fermentación que continúa activa por la adición del endulzante. De manera similar es reportado en la literatura (Ezekiel et al., 2015) para el caso de los alimentos a base de maíz burukutu y pito, los cuales presentaron el aumento significativo de acidez titulable y la disminución significativa del pH, el porcentaje de etanol y de la aceptación sensorial por parte de consumidores después de 7 días de almacenamiento. Estos autores encontraron que con el tiempo de almacenamiento sin ninguna técnica de detención de la fermentación, la población tanto de levaduras como de bacterias acidolácticas se ve disminuido posiblemente debido a la presión por pH y concentración de etanol en el medio y la 44 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
disminución del sustrato fermentable. Esta presión en muchos casos genera la producción de metabolitos de respuesta, entre ellos las especies ROS que, en exceso, produce daños celulares (Auesukaree, 2017; Woo et al., 2014) y dan lugar a la formación de compuestos relacionados con sabores amargos, astringentes (Suárez, 2013) o sensación de rancidez (Ezekiel et al., 2015).
Como efecto colateral de la adición de la panela dirigida a aumentar la sensación dulce del producto final, los microorganismos aprovechan la fuente de energía para continuar la fermentación, tal como ocurre en la segunda fermentación de cerveza o vinos espumosos
(Suárez, 2013). La alta producción de CO2 incrementa la presión interna de los recipientes, haciendo que, en muchos casos, la chicha se libere de manera violenta, generando pérdidas del producto e incomodidad para el consumidor en el transporte y almacenamiento de esta bebida.
4. Establecimiento de la formulación y condiciones de operación para la elaboración en planta de la bebida fermentada
4.1 Materiales y métodos
Ya con la información sobre el proceso artesanal se procedió a plantear una serie de ensayos con los cuales se establecieron algunos parámetros en el proceso para obtener una bebida tan aceptada por el consumidor como la bebida tradicional.
4.1.1 Panela
Debido a la variedad de panelas del mercado, se hizo la recolección de 5 muestras (Tabla 4-1) para realizar la caracterización básica de humedad (AOAC 925.45), °Brix (Durán, Insuasty, & Viveros, 2014), cenizas (AOAC 900.02).
Se hizo medición de color en escala CIE L*a*b* con colorímetro portátil (Konica Minolta CR-400, Tokio, Japón) con iluminante D65 y ángulo de observador de 10° (Larrauri & Saura, 2001). Cada muestra se evaluó en tres puntos diferentes para obtener un promedio de cada coordenada.
46 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Tabla 4-1. Información de las muestras de panelas obtenidas en el mercado
Muestra Marca Trapiche Lote Origen #1 Zapatoca La Jabonera 412 Villeta, Cundinamarca #2 Azas Santa Bárbara 318 Suaita, Santander #3 Zapatoca La Jabonera 412 Villeta, Cundinamarca #4 Zapatoca La Jabonera 412 Villeta, Cundinamarca #5 San Juanito San Juanito 119 Nocaima, Cundinamarca
∗ Las diferencias de color se establecieron mediante el cálculo del Delta E (훥퐸푎푏)(Carvalho, Pereira, Pereira, Pinto, & Marques, 2015) a través de la herramienta ColorTools (MS- Excel®) con la ecuación CIE79 (Ec 4-1) (Oleari, Melgosa, & Huertas, 2009).
∗ ∗ ∗ 2 ∗ ∗ 2 ∗ ∗ 2 훥퐸푎푏 = √(퐿2 − 퐿1) + (푎2 − 푎1) + (푏2 − 푏1) (4-1)
Donde:
∗ ∗ ∗ ∗ 훥퐸푎푏 = 퐷푖푠푡푎푛푐푖푎 푒푛푡푟푒 푑표푠 푝푢푛푡표푠 푑푒푙 푒푠푝푎푐푖표 푡푟푖푑푖푚푒푛푠푖표푛푎푙 퐶퐼퐸 퐿 푎 푏
∗ ∗ ∗ 퐿1; 푎1; 푏1 = 푐표표푟푑푒푛푎푑푎푠 푑푒 푐표푙표푟 1
∗ ∗ ∗ 퐿2; 푎2; 푏2 = 푐표표푟푑푒푛푎푑푎푠 푑푒 푐표푙표푟 2
A partir de las mediciones de color se seleccionó la panela más oscura (panela #5) teniendo en cuenta las especificaciones de la fabricante tradicional.
Se hizo la adición de 10 g/l de panela, previamente disuelta en agua potable y se aforó a volumen en el recipiente de cocción. Se llevó a ebullición durante 20 minutos, se enfrió en baño con agua y hielo hasta T°=20°C y se adicionó el inóculo (100 ml/l de mosto). El biorreactor donde se llevó a cabo la fermentación contó con un sistema de toma de muestra con una pipeta y una jeringa para mantener cerrado el recipiente.
Pasados 6 días de fermentación se procedió a adicionar panela (100g/l) como endulzante.
4. Establecimiento de la formulación y condiciones de operación para la 47 elaboración en planta de la bebida fermentada
4.1.2 Maíz
El maíz variedad porva fue adquirido en un mercado de cadena nacional en presentación de 500 g, vendido en empaque polietileno transparente sellado de fábrica. Se hizo una inspección de los empaques para seleccionar aquellos que no presentaran daños visibles y previo a la elaboración del producto se realizó la selección de los granos defectuosos.
Se hizo el lavado y desinfección de los granos por inmersión en una solución de NaClO (100 ppm) y finalmente un triple lavado con agua potable para eliminar el residuo del desinfectante. Para acelerar el proceso de secado, se utilizó un horno de secado por convección (Comek, Bogotá, Colombia), a 40°C por 2 horas hasta secar el agua superficial, la humedad final del maíz fue de 11,3 ± 0,25 %.
4.1.3 Evaluación de variables: tratamiento del maíz para la molienda, proporción de maíz y tipo de inóculo
En esta evaluación se realizó un análisis secuencial mediante tres ensayos que permitiesen definir 1) el tratamiento del maíz para la molienda, 2) la cantidad de maíz a utilizar y 3) el tipo de inóculo para la fermentación.
Se decidió este sistema de diseño en busca de entender el proceso y las pautas básicas sobre las cuales evaluar a futuro estudios de optimización, estandarización y escalamiento del proceso.
Se llevó a cabo un diseño de bloques al azar (BCA) con tres bloques repetición correspondientes a la fecha de elaboración del producto. La fermentación de cada lote experimental se realizó en frascos de vidrio con capacidad de 3 l cerrados herméticamente con una válula de salida de gas con sello de agua y una manguera acoplada a una jeringa para la extracción de las muestras. Se hicieron determinaciones de pH, °Bx y AT por triplicado para cada bloque con las metodologías ya descritas en la sección 3.1.3. 48 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Ensayo 1: Tratamiento del maíz para la molienda
Se dispuso como base de la elaboración un contenido de 100 g de maíz/ l de mosto y un volumen total de 3 l de mosto a fermentar. La cantidad de panela fue de 100 g/l de mosto y se usó el inóculo elaborado por la productora artesanal en una proporción de 100 ml/l de mosto.
Se evaluaron los tratamientos que se describen a continuación:
Molienda de maíz en seco (sin proceso de hidratación): Para este proceso el maíz no se sometió a hidratación previa. Se hizo la molienda del maíz con molino de discos y tamizado con malla MESH #30 (equivalente a la malla de uso doméstico usada en campo).
Molienda en húmedo (con proceso de hidratación): Para este tratamiento se dispuso 200 g de maíz en un recipiente con 1 l de agua potable y cubierto con polipropileno para evitar el ingreso de contaminación. Pasadas las 72 horas se retiró el agua, se hizo un enjuague con agua potable y se determinó el peso del maíz húmedo para conocer la cantidad de agua retenida por el grano correspondiente a 260 g. Se procedió a moler en molino de discos siguiendo el procedimiento de campo, el tamizaje se realizó adicionando 1 l (33%) del agua total del mosto para facilitar la recuperación del material del molino y el paso del extracto a través de la malla MESH #30 (ec 4-2). Se obtuvo un extracto concentrado y se hizo el balance de materia para asegurar que el contenido de maíz fuera 100 g/l de mosto.
200 푔 푚푎í푧 푠푒푐표 + 60 푔 푎푔푢푎 푎푏푠표푟푏푖푑푎 + 1000푔 푎푔푢푎 푚표푙푖푒푛푑푎 = 1260 푔 푒푥푡푟푎푐푡표 ≈ 1260 l 푒푥푡푟푎푐푡표
푔 200 푔 푚푎í푧 퐶푎푛푡푖푑푎푑 푑푒 푚푎í푧 푒푛 푒푥푡푟푎푐푡표 ( ⁄ ) = 푠푒푐표 = 158,7 (ec 4-2) 푙 푒푥푡푟푎푐푡표 1,260 푙 푒푥푡푟푎푐푡표
푔 푡표푡푎푙 푚표푠푡표 (푙)∗푐푎푛푡푖푑푎푑 푑푒푠푒푎푑푎 푑푒 푚푎í푧 ( ) 푙 퐸푥푡푟푎푐푡표 푎 푢푠푎푟 (푙) = 푔 = 1,89 (ec 4-3) 푐푎푛푡푖푑푎푑 푑푒 푚푎í푧 푒푛 푒푙 푒푥푡푟푎푐푡표 ( ) 푙
4. Establecimiento de la formulación y condiciones de operación para la 49 elaboración en planta de la bebida fermentada
Ensayo 2: Cantidad de maíz
Dado que la cantidad de esta materia prima es variable en la elaboración tradicional, se hizo la evaluación de tres cantidades de maíz para establecer la cantidad que mejor aceptación tenga sobre los consumidores. Los niveles evaluados fueron: 50, 75 y 100 g de maíz molido/l de mosto
Se seleccionó la molienda en seco para este ensayo, según los resultados obtenidos del ensayo 1: “tratamiento del maíz para molienda”. El maíz porva fué molido con un molino de martillos y tamizado con una malla de tamaño de partícula de 0,5 mm (Raymond screen mil, Combustion Engineering INC. Nueva York, Estados Unidos). La cantidad de maíz molido según el tratamiento fue adicionada en el agua fría para evitar la formación de grumos.
El tamaño de cada lote experimental fue de 3 l, con la cantidad variable de maíz, según el tratamiento, 100 g de panela/l de mosto y 100 ml de inóculo elaborado por la productora artesanal en una proporción de 10% (v/v).
Para este ensayo se realizó la determinación de la viscosidad con un viscosímetro HAAKE Viscotester 550 (Massachusetts, Estados Unidos) con un sensor de inmersión FL10, se realizaron curvas de fuerza de cizalla en función de la velocidad, con base en las especificaciones del fabricante (Thermo Fischer Scientific, 2007). Todas las determinaciones se realizaron por triplicado. Se obtuvieron las curvas de flujo aplicando un barrido de gradiente de velocidad de 0 a 40s-1, en 300 segundos, a temperatura constante de 20°C.
Ensayo 3: Tipo de inóculo
El tamaño de cada lote experimental fue de 3 l, usando como producto del ensayo 2, 75 g/l de maíz, 100 g de panela/l de mosto y se varió el inóculo según el tratamiento.
Se realizaron fermentaciones en la planta piloto con el inóculo tradicional en proporción de 100 g/l y un inóculo comercial de S. cerevisiae UVAFERM® CM (California, USA), 50 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
previa activación según instrucciones del fabricante (Anexo A) con una dosis de 0,6 g/l de mosto. La fermentación se llevó a cabo durante 6 días para los tres casos. El producto final fue endulzado con panela (100 g/l). Como referencia del producto final se usó una chicha elaborada en campo.
Se realizó el seguimiento de pH, °Bx, AT, con las metodologías ya mencionadas en la sección 1.3.3, el porcentaje de etanol se estimó bajo la metodología gravimétrica con tabla de conversión según la densidad del producto de acuerdo con la NTC3952 (ICONTEC, 1996b).
La Tabla 4-2 presenta el resumen de los ensayos secuenciales con los respectivos tratamientos y variables a evaluar para el establecimiento de las condiciones de proceso a usar en posteriormente en la planta piloto.
Tabla 4-2. Ensayos para la determinación de operaciones de proceso Ensayo Tratamientos Variables evaluadas 1: Condiciones de molienda T1:Húmeda (grano hidratado) pH , °Bx, AT, gusto del T2: Seca (grano sin hidratar) consumidor 2: Cantidad de maíz T1: Nivel alto (100 g/l) pH , °Bx, AT, gusto del T2: Nivel medio (75 g/l) consumidor, viscosidad T3: Nivel bajo (50 g/l) 3: Tipo de inóculo T1: Tradicional (100 ml/l de mosto) pH , °Bx, AT, Etanol, gusto del T2: .S cerevisiae comercial consumidor (106 UFC/ml) 4.1.4 Proceso térmico
Para la conservación de las bebidas y asegurar la inocuidad para los análisis sensoriales se realizó un proceso térmico llevando el producto a 85°C por 5 minutos (Becerra, 2014; Ezekiel et al., 2015; Guamán, 2013) en una marmita de 10 l de capacidad con chaqueta de vapor (Dover TDC 2-20, Illinois, Estados Unidos), posteriormente se envasó en frascos ámbar de vidrio los cuales fueron inmediatamente puestos a baño de hielo para bajar la temperatura.
4. Establecimiento de la formulación y condiciones de operación para la 51 elaboración en planta de la bebida fermentada
4.1.5 Análisis sensorial: el gusto de los consumidores
Para los tres ensayos se evaluó el gusto del consumidor a través de una prueba hedónica de 5 puntos con 30 consumidores ocasionales exceptuando los que mencionaban su rechazo al producto en general. A cada participante se le presentaron las tres muestras codificadas aleatoriamente, se les solicitó calificar el nivel de agrado de cada muestra presentada y se les entregó un formato para consignar su calificación y sus opiniones.
Para el caso específico del tipo de inóculo se les solicitó evaluar el nivel de agrado de los atributos de sabor, olor, color, sensación en boca y percepción global, además se les dio la opción de escribir observaciones adicionales. Los formatos empleados se presentan en el anexo B-a y B-b.
Se entregó 15 ml de la muestra sometida al tratamiento térmico para asegurar la inocuidad del producto. Al final se calculó el índice de aceptabilidad con la ecuación (4-4).
푝푢푛푡푎푗푒 %퐼퐴 = 푡푡표 ∗ 100% (4-4) 푡푡표 푝푢푛푡푎푗푒 푚á푥푖푚표 Donde:
%퐼퐴푡푡표: í푛푑푖푐푒 푑푒 푎푐푒푝푡푎푏푖푙푖푎푑 푑푒푙 푡푟푎푡푎푚푖푒푛푡표
푃푢푛푡푎푗푒 푡푡표: 푝푢푛푡푎푗푒 표푏푡푒푛푖푑표 푝표푟 푒푙 푡푟푎푡푎푚푖푒푛푡표
4.1.6 Escalado a planta piloto
Se realizó un lote de 20 l empleando las condiciones definidas con los ensayos previos, conservando los tiempos y temperaturas determinadas en campo. La cocción del mosto se realizó en una marmita (60 litros de capacidad) en acero inoxidable con chaqueta de vapor (Ellett 2P7131BC, Chapin, Estados Unidos). La agitación se hizo a 45 rpm para asegurar la homogeneidad de la mezcla. Pasados 20 minutos de cocción a partir de ebullición, se llevó a un baño maría invertido para acelerar el proceso de enfriamiento. Cuando la mezcla alcanzó los 20°C se depositó en la misma marmita previamente lavada 52 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
con jabón neutro y agua a punto de ebullición, se adicionó el inóculo y se cerró con la tapa hermética con válvula de seguridad para dar paso a la fermentación durante 6 días. Se tomaron muestras diariamente con la ayuda de una manguera conectada a una jeringa de 50 ml previamente desinfectadas para hacer seguimiento de pH, °Bx, AT, y recuento de levaduras, bcterias acidolácticas, S. aureus, E. coli y coliformes.
4.1.7 Ensayo complementario: carbonatación de la bebida
En la fase tumultosa de la fermentación se genera gran burbujeo producto de la cantidad de gas liberado por los microorganismos (López et al., 2010) y en la fase final, la liberación de gas se disminuye. En el caso de la chicha tradicional de este estudio, al no recibir algún tratamiento para la detención de la actividad microbiana, la fermentación se reactiva con la adición de la panela como endulzante, produciendo una ligera gasificación en el producto final.
Ya que en el producto de planta se elimina el gas con el proceso térmico, se consideró que la ausencia de las burbujas en la bebida podría causar algún efecto en la aceptabilidad de los consumidores. Por tal motivo se realizó un ensayo complementario mediante la carbonatación de una muestra de 2 l de chicha pasteurizada través de un acople ajustado a la tapa del envase. El procedimiento fue realizado en las instalaciones de una empresa cervecera artesanal con el protocolo empleado para sus cervezas bajo secreto industrial.
4.1.8 Análisis sensorial del producto piloto
Se hizo una comparación del grado de aceptabilidad entre el producto final artesanal el cual no tiene nigún tratamiento térmico y el realizado en la planta piloto con tratamiento térmico, con y sin gasificación, mediante una prueba hedónica de 5 puntos (donde 1 era me disgusta mucho y 5 me gusta mucho) (Domínguez, 2008) a un grupo de 70 consumidores en la localidad de Guasca (Cundinamarca), bajo las condiciones de 4. Establecimiento de la formulación y condiciones de operación para la 53 elaboración en planta de la bebida fermentada
consumo tradicional: El día de mercado (domingo) entre las 09:00 y las 15:00. Dentro de la encuesta se incluyeron datos de edad, género y origen.
Ya que el nivel de escolaridad de los consumidores era desconocido, se procedió a usar un formato de evaluación gráfico, con caras como referencia al puntaje (anexo B-c).
4.1.9 Análisis de datos
La tabulación de los datos se realizó usando el programa Microsoft Excel ® 2016. Los datos fueron expresados en promedio ± desviación estándar calculados con este programa. Para la determinación de la normalidad de los datos se llevó a cabo la prueba de Kolmogorov-Smirnnov (Pimentel et al., 2018; Potter, Xia, Budge, & Speers, 2017) (p>0,05). Los datos que presentaron normalidad se analizaron usando ANOVA y se aplicó la prueba Tukey HSD para establecer los grupos homogénos. (p<0,05) En los casos que no presentaron normalidad y en los datos hedónicos se usó el test de Friedman para establecer diferencias significativas entre los tratamientos (Hough, 2010). Se usó el software estadístico R versión 3.4.3 (R Core Team, Vienna, Austria).
4.2 Resultados y discusión
A continuación se presentan los resultados obtenidos de la evaluación de las materias primas, la evaluación de los procesos fermentativos según las condiciones de molienda cantidad de maíz y tipo de inóculo empleados en los ensayos.
54 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
De igual manera se presenta la comparación entre el proceso de fermentación y el producto final elaborado de manera tradicional y el producto elaborado en planta piloto, con y sin el proceso de carbonatación.
4.2.1 Panela
La evaluación de las panelas encontradas en el mercado mostró que tanto los valores de cenizas, el porcentaje de humedad y color cuentan con una variabilidad amplia entre fabricantes e incluso lotes del mismo fabricante mientras que los °Brix son más homogéneos (Tabla 4-2. Ensayos para la determinación de operaciones de procesoTabla 4-2).
El sentido de la vista humana es capaz de percibir diferencia entre dos colores cuando el 훥퐸∗ es de 3 o más (Analoui, Papkosta, Cochran, & Matis, 2004). Al hacer la comparación, solamente las muestras #4 y #5 se pudieron considerar iguales, aun siendo de diferente proveedor; por otra parte, las muestras del mismo proveedor (# 1, 3 y 4) presentaron 훥퐸∗ superiores a 3, lo que indica la necesidad de evaluar esta materia prima, por ejemplo, con la ayuda visual de una referencia de color. La selección del color de referencia se hizo sometiendo las muestras de panela al criterio experto de la productora tradicional, quien rechazó las muestras #1 y #2 y fueron aceptadas las muestras #3 #4 y #5. Al observar las coordenadas de color se evidenció que las muestras rechazadas tienen altos valores de luminosidad (L*) y del componente de los amarillos (+b*) (Tabla 4-3) relacionados con la apariencia más clara.
El color de la panela guarda fuerte relación con su proceso de elaboración. Los colores marrón presentes en la mayoría de las muestras corresponden a las melanoidinas producidas por la interacción de las moléculas de carbohidratos con aminoácidos, en presencia de calor, durante la reacción Maillard, desencadenada por las altas temperaturas usadas para la evaporación del jugo de caña. De otra parte, (Quezada & Gallardo (2016) mencionan que los colores verdosos u oliva, con coordenadas –a*, fueron relacionados con la adición de Na2S2O4 usado en el proceso de clarificación, mientras que los 4. Establecimiento de la formulación y condiciones de operación para la 55 elaboración en planta de la bebida fermentada
anaranjados o amarillo oscuro fueron relacionados con procesos de clarificación natural. De otra parte, estos autores encontraron que las tonalidades más oscuras están
relacionadas con el uso de agentes reguladores de pH como Ca(OH)2, el exceso de estos compuestos puede tener un efecto sobre el contenido de cenizas en la panela (Culqui & Zumaeta, 2011) y según la norma técnica NTC 1311, los contenidos de cenizas deben estar entre 0,8% y 1,9% (ICONTEC, 2009). Las panelas de este estudio presentaron contenidos de cenizas por debajo del límite, lo que sugiere que dentro de sus procesos de elaboración no fueron usados compuestos de calcio o de azufre de manera excesiva.
Tabla 4-3. Características fisicoquímicas y de color de muestras de panela
Cód. Humedad Cenizas °Bx L* a* b* ΔE* muestra (%) (ppm)
1 31,73 ± 0,1 A 3,27 ± 0,5 A 0,90 ± 0,016 A 38,36 ± 2 9,28 ± 1,1 17,39 ± 1,5 A
2 30,87 ± 0,06 A 5,7 ± 0,1 C 1,36 ± 0,016 C 35,09 ± 0,02 6,47 ± 0,08 14,9 ± 0,1 B
3 29,67 ± 0,55 A 4,47 ± 0,37 B 0,90 ± 0,019 A 31,75 ± 0,22 6,3 ± 0,16 9,65 ± 0,19 C
4 29,44 ± 1,97 A 5,04 ± 0,37 BC 1,42 ± 0,022 C 29,4 ± 0,64 5,34 ± 0,37 6,89 ± 0,65 D
5 30,47 ± 1,01 A 3,42 ± 0,22 A B 28,21 ± 0,40 4,86 ± 0,57 5,47 ± 0,99 D 1,22 ± 0,001 Letras diferentes en la misma columna indican diferencias significativas según prueba de Tukey (P<0.05).
en columna ΔE* se especifica diferencias según CIE79
4.2.2 Maíz
Condiciones de molienda
Para este ensayo se comparó el efecto de los tratamientos dados al maíz (en húmedo y en seco), para la molienda sobre el pH, acidez titulable y °Brix durante la fermentación y sobre la calidad sensorial del producto terminado. En la Tabla 4-4 se observa que las tres 56 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
variables presentaron un comportamiento similar durante el tiempo de fermentación en los dos tratamientos los cuales no se presentaron diferencias estadísticamente significativas (p≥0,05)
Tabla 4-4. Comportamiento de los parámetros pH, °Brix y acidez titulable (g acído láctico/l de producto) durante los días de fermentación en el proceso de fermentación de las bebidas elaboradas con maíz molido en húmedo y en seco.
Días Tratamiento a semilla 0 1 2 3 4 5 6 Húmedo 5,82 ± 0,01 4,63 ± 0,01 4,13 ± 0,00 3,72 ± 0,01 3,59 ± 0,01 3,57 ± 0,00 3,52 ± 0,01 pH Seco 5,85 ± 0,01 4,50 ± 0,01 4,70 ± 0,00 3,74 ± 0,00 3,61 ± 0,01 3,59 ± 0,00 3,54 ± 0,01 Húmedo 12,10 ± 0,26 11,63 ± 0,12 10,63 ± 0,15 9,67 ± 0,06 7,50 ± 0,00 6,27 ± 0,06 5,87 ± 0,12 °Brix Seco 10,80 ± 0,20 10,30 ± 0,17 9,47 ± 0,12 8,57 ± 0,06 7,03 ± 0,15 5,67 ± 0,06 5,40 ± 0,10 Acidez Húmedo 0,07 ± 0,00 0,19 ± 0,00 0,36 ± 0,01 0,51 ± 0,00 0,70 ± 0,01 0,73 ± 0,04 0,76 ± 0,01 titulable Seco 0,07 ± 0,00 0,25 ± 0,00 0,36 ± 0,02 0,50 ± 0,01 0,64 ± 0,01 0,77 ± 0,05 0,80 ± 0,01
En términos generales, la molienda con el material húmedo facilita la extracción de los sólidos del maíz y la separación del pericarpio gracias a la elasticidad que recupera el tejido, de tal suerte que al pasar por el molino no sufre ruptura y es retenido en el tamiz. Además de esto, la imbibición del maíz puede causar la activación del embrión y la consecuente movilización de las enzimas ya mencionadas, aumentando la cantidad de azúcares reductores disponibles para la fermentación y potencialmente un aumento de alcohol y otros compuestos volátiles relacionados con las propiedades sensoriales dando lugar a mayor valor de °Brix (da Cruz et al., 2012; Ezekiel et al., 2015; Kubo, 2014; Lappe & Ulloa, 1989; Zulu et al., 1997), sin embargo, esta reacción debe ser evaluada con mayor detalle con el fin de medir dicha activación enzimática.
De otro lado, el maíz seco es más susceptible a la ruptura del pericarpio por la rigidez del tejido, rompiéndose más fácilmente en el molino y logrando atravesar el tamiz utilizado. Al realizar la molienda en seco se logró aprovechar cerca del 90% del maíz, de manera similar a lo encontrado por Akingbala et al. (1987) (citado por FAO, 1993), quienes obtuvieron rendimientos cercanos al 80% del total del grano. Por otro lado, se logró disminuir el tiempo de proceso ya que se evita el paso de hidratación, tiempo en el cual puede aumentar la 4. Establecimiento de la formulación y condiciones de operación para la 57 elaboración en planta de la bebida fermentada
probabilidad de contaminación especialmente por microorganismos (hongos, bacterias, etc.) que afectan los granos con alta actividad de agua (Arias, 1993).
El maíz es una fuente de compuestos fenólicos (aprox. 5% del pericarpio) y fibra dietaria (entre 20 y 50% del pericarpio) (Chateigner et al., 2016), debido a su alta concentración en los granos enteros (Urías, Heredia, Muy, & Niño, 2016). Dentro de su composición se encuentran los arabinoxilanos (AX) (Bento, Vaz & do Rosário, 2018; Chateigner et al., 2016), polisacáridos que pueden ser solubles o no solubles en agua, estos últimos se encuentran en mayor medida en el pericarpio y la capa aleurona. Los AX tienen capacidad de formación de geles por medio de uniones covalentes con el ácido ferúlico, lo que los convierte en irreversibles (Papon, Leblond, & Meijer, 2006) y no degradables por el sistema gastrointestinal (Morales et al., 2013). Estos geles son neutros, incoloros e inodoros y poco afectados por cambios de temperatura (Morales et al., 2013).
Con la molienda en seco y el uso del grano completo es posible contar con el aporte de fibra dietaria, incluyendo estos compuestos, cuyo efecto benéfico para la salud radica en la capacidad antioxidante y su actividad prebiótica (Bento et al., 2018; Urías et al., 2016).
Figura 4-1. Resultados de prueba hedónica realizada a 30 consumidores ocasionales para la bebida pasteurizada producida por fermentación usando dos tipos de condiciones del maíz para la molienda en el proceso de preparación del mosto.
60%
50%
40%
30%
20%
Consumidores (%) Consumidores 10%
0% me disgusta me disgusta no gusta ni me gusta me gusta mucho mucho disgusta Maíz Húmedo Maíz Seco
58 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Los tratamientos no tuvieron diferencias estadísticamente significativas y el índice de aceptación para ambos casos fue del 71%. El tipo de molienda no presentó diferencias significativas, incluso en las categorías “Me gusta” en donde la bebida elaborada con el maíz molido en húmedo tuvo mayor número de consumidores y en la categoría “Me gusta mucho” donde la bebida hecha con el maíz seco tuvo mayor porcentaje (Figura 4-1). Los consumidores registraron descripciones relacionadas con la textura en ambos casos sin presentar una tendencia hacia algún tratamiento.
Nivel de adición de maíz
La cantidad de maíz añadido no tuvo efectos estadísticamente significativos sobre las variables evaluadas durante los días de fermentación (Tabla 4-5).
Tabla 4-5. Comportamiento de los parámetros pH, °Bx y acidez titulable (g ácido láctico/l de bebida) durante los días de fermentación para las bebidas elaboradas con tres diferentes contenidos de maíz.
Cantidad de Tiempo de fermentación (días) maíz 0 1 2 3 4 6 adicionado pH 100 g/l 4,66 ± 0,15 3,72 ± 0,00 3,61 ± 0,01 3,47 ± 0,01 3,50 ± 0,08 3,53 ± 0,00 75 g/l 4,60 ± 0,10 3,74 ± 0,00 3,65 ± 0,00 3,41 ± 0,01 3,46 ± 0,13 3,52 ± 0,00 50 gl/ 4,55 ± 0,10 3,76 ± 0,00 3,66 ± 0,01 3,45 ± 0,01 3,48 ± 0,11 3,55 ± 0,01 °Brix 100 g/l 11,57 ± 1,21 8,97 ± 0,06 7,47 ± 0,06 6,27 ± 0,06 6,95 ± 0,46 7,50 ± 0,10 75 g/l 10,95 ± 1,41 8,40 ± 0,10 7,13 ± 0,06 5,20 ± 0,10 6,23 ± 0,86 6,50 ± 0,00 50 gl/ 10,25 ± 0,79 8,50 ± 0,00 7,67 ± 0,06 5,70 ± 0,00 6,28 ± 0,72 6,87 ± 0,06 Acidez 100 g/l 0,18 ± 0,05 0,51 ± 0,03 0,74 ± 0,01 0,47 ± 0,02 0,86 ± 0,09 1,06 ± 0,01 titulable 75 g/l 0,19 ± 0,05 0,44 ± 0,01 0,75 ± 0,00 0,51 ± 0,01 0,85 ± 0,10 0,98 ± 0,00 (g/l) 50 gl/ 0,16 ± 0,03 0,40 ± 0,02 0,69 ± 0,01 0,59 ± 0,01 0,79 ± 0,02 0,97 ± 0,01
La actividad fermentativa de los microorganismos puede verse afectada por la concentración de sustrato al generar un estrés osmótico y oxidativo dada la disminución del O2 y el aumento del porcentaje de etanol en el medio, que puede afectar también las variables fisicoquímicas de pH, °Bx y acidez titulable (Borja, Martín, & Fiestas, 1991; Galafassi, Toscano, Vigentini, Piškur, & Compagno, 2013; Rodríguez, Chacón, & Carrillo, 4. Establecimiento de la formulación y condiciones de operación para la 59 elaboración en planta de la bebida fermentada
2014). No obstante, en este caso se observó que el efecto de la cantidad de maíz no es significativo sobre las variables ya mencionadas (Tabla 4-4). Ya que el inóculo usado para la fermentación contiene una población de microorganismos multiplicados en el mismo medio de forma secuencial, es posible que hayan logrado una tolerancia a las condiciones, por ejemplo, con la formación de glicerol para contrarrestar el efecto de la presión osmótica sobre la turgencia celular (Galafassi et al., 2013; Heinrich, 1796), o por el contrario, el nivel alto de maíz no logró saturar el medio ni crear el estrés osmótico que pudiera reducir la actividad microbiana.
De otro lado, la cantidad de maíz en el mosto afectó la viscosidad del producto dada la interacción del almidón con el agua disponible en presencia de calor. En el proceso de gelatinización los gránulos absorben agua, se hinchan y se solubiliza la amilosa y la viscosidad se incrementa gracias a las redes tridimensionales formadas (Fujita et al., 2006; Gous & Fox, 2017; Ozbun et al., 1971) La Figura 4-2 presenta la viscosidad de las bebidas con las tres diferentes cantidades de harina de maíz. Se observó un claro efecto sobre el esfuerzo cortante en las bebidas, como era esperado. El comportamiento de las bebidas obedece a un fluido no newtoniano pseudoplástico, la curva de flujo se ajustó a la Ley de Potencia (Algarra, 2017) con R2 superiores a 0,9 para el nivel alto y medio, por su parte, el nivel bajo de maíz tuvo un valor menor a 0,9, por lo que se evaluó el ajuste lineal obteniendo un R2 superior a 0,9, lo que sugiere que a medida en que se aumenta la cantidad de maíz, la bebida tiende a comportarse como fluido no newtoniano y al aumentar la proporción de agua, la bebida presenta menor viscosidad.
60 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Figura 4-2. Velocidad de cizalla VS esfuerzo cortante para las las bebidas elaboradas con tres diferentes contenidos de maíz.
La viscosidad de la bebida según la cantidad de maíz afectó la sensorialidad del producto, situación que se evidencia con la valoración del público (Figura 4-3). A pesar de que los consumidores percibieron diferencias en la sensación táctil en la boca y usaron descriptores como “más aguado, más líquido, más ligero” para el caso del nivel bajo de maíz, y “grumoso, espeso, viscoso” para el nivel superior de maíz, la prueba de Friedman para datos no paramétricos no presentó diferencias significativas en la puntuación.
Más del 60% de los consumidores le dieron puntuación positiva a la bebida con nivel medio de maíz, por lo que se seleccionó esta cantidad para continuar con el proceso en planta.
4. Establecimiento de la formulación y condiciones de operación para la 61 elaboración en planta de la bebida fermentada
Figura 4-3. Resultados de prueba hedónica realizada a 30 consumidores ocasionales para la bebida pasteurizada producida por fermentación con tres diferentes contenidos de maíz (alto: 100 g/l; medio: 75 g/l y bajo: 50 g/l).
70% 60% 50% me disgusta mucho 40% me disgusta 30% 20% ni me gusta ni me disgusta Condumidores 10% me gusta 0% me gusta mucho alto medio bajo Contenido de maíz
Tipo de inóculo
El seguimiento realizado de pH, °Brix y acidez titulable presentó diferencias estadísticamente significativas para los tres parámetros (Tabla 4-6). El inóculo tradicional (T1) logró una reducción de pH y acidez titulable mayor que la cepa comercial (T2) mientras que el % etanol estimado fue igual. Estos resultados sugieren que a pesar de que las cepas de levaduras tradicionales y comerciales realizaron la fermentación alcohólica de manera similar, el inóculo tradicional cuenta con las bacterias acidolácticas que permiten la disminución del pH gracias a la producción de ácido láctico y otros ácidos. Esta disminución de pH es deseable en tanto significa una protección natural para el producto ya que se torna en medio hostil para los patógenos (Achi, 2005; Atter et al., 2015).
Al comparar con el producto tradicional de referencia se observó que todas las variables evaluadas difieren estadísticamente con las elaboradas en planta. El pH de la bebida de referencia está por debajo de las demás, así como los °Brix, consecuentemente, la acidez titulable y el %etanol estimado son superiores.
62 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Tabla 4-6. Parámetros fisicoquímicos para bebidas con diferente tipo de inóculo, comparadas con la bebida comercial.
pH °Bx Acidez %etanol titulable Referencia 3,59 ± 0,02 A 12,67 ± 0,06 A 1,00 ± 0,02 A 1,94 ± A Tradicional 0,09 T1: inóculo 4,29 ± 0,01 B 14,30 ± 0,10 B 0,65 ± 0,00 B 0,73 ± B tradicional 0,16 T2: inóculo 5,73 ± 0,06 C 14,10 ± 0,10 B 0,29 ± 0,01 C 0,71 ± B comercial 0,07 Letras diferentes en la misma columna indican diferencias significativas según prueba de Tukey (P<0.05).
El mayor contenido de ácidos y alcoholes indican una mayor actividad fermentativa, de tal suerte que se puede considerar que los lodos dentro de los recipientes de barro pueden ser requeridos para aumentar la microbiota responsable de la fermentación y asimismo un producto con caracterísiticas organolépticas diferentes.
En la evaluación sensorial realizada a consumidores, los resultados favorecieron al T1, cuya media es superior a los demás tratamientos, a excepción de “sensación en boca”, en el cual obtuvo el segundo lugar (Tabla 4-7). A pesar de que la bebida tradicional presentó mayor acidez titulable y mayor %etanol, los consumidores a los que se les realizó la encuesta, prefirieron el olor y el sabor de la realizada en la planta, con el inóculo nativo. Estos resultados son similares a los observados por Zulu et al, (1997) en munkoyo, bebida fermentada africana a base de maíz, donde encontraron que la bebidas realizada con inóculo tradicional tenían mejor aroma según los consumidores.
Esta preferencia de los inóculos tradicionales ocurre también en otras matrices: Acevedo et al. (2012) (citados por Chaves et al., 2014) mencionan que el suero costeño comercial no fue tan aceptado por los consumidores como aquellos que fueron fermentados con inóculo tradicional, aunque no encontraron diferencias estadísticamente significativas en el sabor con respecto al producto artesanal. Al tener en cuenta los parámetros fisicoquímicos entre T1 y T2, se evidencia que los consumidores prefieren unos valores intermedios de acidez. 4. Establecimiento de la formulación y condiciones de operación para la 63 elaboración en planta de la bebida fermentada
De otro lado, al suponer una mayor actividad microbiana, también se puede contar con mayor emisión de compuestos volátiles los cuales otorgan los aromas específicos en los alimentos fermentados.Tanto las bacterias acidolácticas (Achi, 2005; Steinkraus, 1997) como las levaduras tienen la capacidad de generar estos volátiles que le dan identidad a la chicha (Chaves et al., 2014). En bebidas fermentadas a partir de maíz y arroz se han encontrado 15 compuestos volátiles, entre los cuales están aldehídos, ácidos, acetatos, terpenos, alcoholes y ésteres (Chaves et al., 2014; da Cruz et al., 2012; Epifanio, 2005).
En la encuesta realizada a los consumidores se destaca que para el T2 usaron el descriptor de sabor “levadura” lo que indica que en este tratamiento no se logró la generación de esos compuestos aromáticos. Aunque la amplia diversidad de cepas existentes presenta diferencias funcionales de gran importancia tecnológica para los procesos de producción de bebidas alcohólicas y otros productos fermentados (Chaves et al., 2014; D. García & Mamani, 2008; Hammes et al., 2005), y que muchas de las levaduras presentes en las bebidas fermentadas de maíz son S. cerevisiae, es probable que la cepa comercial utilizada no cuente con la adaptación al medio al que fue inoculado, diferente a lo encontrado en otros estudios, donde el uso de cepas comerciales de S. cerevisiae en fermentación de maíz malteado obtiene buenos resultados en términos sensoriales y con características cercanas a las obtenidas en este estudio: pH =4,00 ± 0.20 y AT=0,40 ± 0.01 (Guamán, 2013; Padilla, 2011; E. Pérez, 2015; Pomasqui, 2012).
4.2.3 Escalado a planta piloto
Con los datos obtenidos, se estableció dentro del protocolo de elaboración el uso de la molienda en seco y un nivel medio de maíz (75 g/l) con el inóculo tradicional. Se generó un diagrama de bloques para presentar el proceso en planta (Figura 4-4.).
64 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Tabla 4-7. Resultados de prueba hedónica realizada a 30 consumidores ocasionales para las bebidas pasteurizadas producidas en planta fermentadas con dos tipos de inóculo, comparado con el producto elaborado en campo.
Parámetro Tto Percepción Sensación Color Olor Sabor Global en boca Tradicional 2,8 AB 3,75 A 3,125 B 2,25 B 3,4 A T1: inóculo tradicional 3,6 A 3,875 A 4,5 A 3,75 A 3 A T2: inóculo comercial 2,6 B 3,25 A 2,125 B 2,75 AB 2,4 A Letras diferentes en la misma columna indican diferencias significativas según prueba de Tukey (P<0.05).
4.2.4 Análisis sensorial
En las chichas evaluadas en este estudio no se presentaron diferencias estadísticamente significativas entre la puntuación obtenida por la bebida tradicional y la elaborada en planta, además, el porcentaje de consumidores a los que les disgustó el producto piloto (“me disgusta”) fue menor que el tradicional (Figura 4-5). Algunos de los encuestados expresaron la similitud de ésta bebida con la que realizaban sus familiares campesinos, especialmente los consumidores provenientes de Cundinamarca y Boyacá, correspondientes al 90% de los encuestados.
Uno de los factores de decisión y nivel de aceptación de un producto por parte de los consumidores es el origen y la percepción que se tiene del mismo (Concha, Benedetti, & Gómez, 2013). En el caso de los productos tradicionales, existe la percepción de que aquellos realizados en una planta de procesamiento no cuentan con las mismas características sensoriales de los realizados artesanalmente.
Esta condición ha sido evaluada en varios productos. Uno de los ejemplos son los salames de Caroya (Argentina) típicos e industriales: los autores evidenciaron que la sabiduría local fue necesaria para la identificación de productos con características típicas (Carduza, Champredonde, & Casablanca, 2016), quienes encontraron que solo un 8% de los salames evaluados fueron catalogados como típicos por sus cualidades organolépticas. 4. Establecimiento de la formulación y condiciones de operación para la 65 elaboración en planta de la bebida fermentada
Figura 4-4. Diagrama de proceso de la elaboración tradicional de chicha en la planta piloto (ICTA, Bogotá)
66 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Otro ejemplo es el mezcal bajo destilación industrial comparado con destilación ancestral (en olla de barro) y tradicional (en alambique de cobre) (López & Espinoza, 2016). En este estudio los autores encontraron que la bebida industrial tuvo menor calificación sensorial que las bebidas con técnicas artesanales y ancestrales. Cabe mencionar que no encontraron diferencias significativas en el atributo de aroma a pesar de que el mezcal tradicional cuenta con un ahumado (por la exposición del mosto al humo de la leña) que es inexistente en el mezcal industrial.
En otros estudios en los cuales los autores modificaron parte del proceso de producción de una bebida fermentada de maíz y banano, la puntuación de los consumidores no se vio disminuida por dichos cambios (Mounjouenpou, Okouda, A, Maboune, & Agatha, 2017). Este resultado sugiere que este tipo de producto tradicional realizado en planta tiene un alto potencial de aceptación entre los consumidores habituales.
Figura 4-5. Resultados de prueba hedónica realizada a 70 consumidores ocasionales para la bebida elaborada en planta piloto y la bebida tradicional
El ensayo complementario de la gasificación del producto presentó un índice de aceptación similar a las otras dos muestras pero con una disminución de porcentaje de personas calificando con “me gusta mucho”. Considerando que la carbonatación es un proceso 4. Establecimiento de la formulación y condiciones de operación para la 67 elaboración en planta de la bebida fermentada
adicional sin una mejoría en la aceptación por parte de los consumidores, para este caso fue descartado como operación, Sin embargo, se reconoce la necesidad de hacer un análisis más profundo en cuanto a las características y propiedades que le confiere la carbonatación a la bebida terminada.
5. Análisis proximal, fisicoquímico y microbiológico.
5.1 Materiales y métodos
Posterior a reconocer la aceptación del producto por parte de los consumidores habituales, se procedió a realizar la evaluación del producto final
5.1.1 Consumo de azucares y producción de etanol y ácido láctico en la fermentación en planta y en campo
Se hizo la determinación del perfil de azúcares reductores (glucosa, fructosa) y sacarosa, %etanol y ácido láctico en el punto inicial y final de la fermentación en el proceso en planta comparado con el proceso en campo.
La cuantificación de carbohidratos se realizó por HPLC (Rojas, Quicazán, & Mojica, 2016). Se hizo una dilución de la muestra previamente desgasificada y centrifugada (10000 rpm 10 min.) en relación 1:25 en agua HPLC (ICTA). Luego se continuó la limpieza de la matriz mediante la extracción en fase sólida con fitros C18. Posteriormente las muestras fueron filtradas con una membrana de 0,2 μm y se procedió a inyectar en el cromatógrafo acondicionado con una columna cromatográfica RCM Monosaccharide de 300 x 7,8 mm (Phenomex, Torrance, USA) y detector de índice de refracción (Jasco CO-20260 PLUS,
70 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Tokio, Japón). La determinación cromatográfica se hizo bajo las siguientes condiciones: volumen de inyección 20 μL, temperatura de la columna 65 °C, temperatura de detector 40°C, flujo 0,65 ml/min, fase móvil agua HPLC, tiempo de la corrida 25 min.
Se realizaron curvas de calibración para sacarosa, glucosa, fructosa y etanol utilizando patrones primarios (sSacarosa para análisis ACS PANREAC®, Glucosa para análisis PRS, PANREAC®, Fructosa (pureza>98%) PANREAC ®, Etanol absoluto PS PANREAC ®) encontrando las siguientes expresiones (Ec 5-1 a 5-4):
푆푎푐푎푟표푠푎 (푔푙−1) = 5,93 ∗ 10−6 ∗ á푟푒푎 − 1,82 ∗ 10−2 (푅2 = 0,9997) (Ec 5-1) 퐺푙푢푐표푠푎 (푔푙−1) = 5,42 ∗ 10−6 ∗ á푟푒푎 (푅2 = 0,9997) (Ec. 5-2) 퐹푟푢푐푡표푠푎 (푔푙−1) = 4,41 ∗ 10−6 ∗ á푟푒푎 (푅2 = 0,9998) (Ec. 5-3) 푣 −7 −2 2 퐸푡푎푛표푙(% ⁄푣) = 7,29 ∗ 10 ∗ á푟푒푎 + 1,28 ∗ 10 (푅 = 0,9996) (Ec. 5-4)
Por su parte, el ácido láctico se cuantificó mediante un sistema de cromatografía líquida JASCO, con una columna de intercambio iónico Rezex ROA que se mantuvo a 45ºC, con fase móvil de ácido sulfúrico (Panreac ®) 4 mM de flujo constante 0,6ml/min. Con detección a 210 nm de longitud de onda en un sistema UV/VIS (Nozal 1998).
La curva de calibración arrojó la siguiente expresión (Ec 5-5):
Á푐푖푑표 푙á푐푡푖푐표 (푔푙−1) = 1,87 ∗ 10−6 ∗ á푟푒푎 + 3,01 ∗ 10−3 (푅2 = 0,9996) (Ec 5-5)
Posteriormente se calculó el porcentaje de consumo de los sustratos y la formación de productos mediante la ecuación 5-6 y se hizo la comparación entre los procesos de campo y planta.
푉푎푙표푟 푖푛푖푐푖푎푙푠푢푠푡푟푎푡표 푐표푛푠푢푚표푠푢푠푡푟푎푡표(%) = ∗ 100% (Ec 5-6) 푉푎푙표푟 푓푖푛푎푙푠푢푠푡푟푎푡표
Los cromatogramas obtenidos se presentan en el anexo C. 5. Análisis proximal, fisicoquímico, microbiológico 71
5.1.2 Análisis proximal para la bebida de maíz pasteurizada fermentada en planta y en campo.
Las determinaciones se hicieron a producto terminado tanto de planta como de campo, a las que se les hizo tratamiento térmico para detener la fermentación.
Se hizo la determinación (por triplicado) de grasa método de extracción Soxhlet 960.39, proteína por el método Kjeldhal 981.10, humedad por secado con aire 950,46 y ceniza por calcinación 920.53 (AOAC, 2012); adicional a esto se realizó la determinación de fibra dietaria total con el kit de ensayo Sigma-Aldrich© basados en el método enzimático- gravimétrico 985.29 (AOAC, 2005).
5.1.3 Recuento microbiológico durante la fermentación de la bebida elaborada en planta
Se hizo el cultivo en placas Petrifilm® para el recuento de enterobacterias, S. aureus y mohos y levaduras bajo las metodologías ya descritas en la sección 3.1.7, adicional a esto se le hizo el seguimiento de la población de bacterias acidolácticas mediante diluciones secuenciales, en medio MRS (Ezekiel et al., 2015). Las siembras fueron diarias y por triplicado en cabina de extracción durante los seis días de fermentación.
5.1.4 Estabilidad en almacenamiento
La bebida con tratamiento térmico a 85°C por 5 minutos y enfriada en baño maría inverso fue envasada en frascos ámbar con tapa corona a presión y almacenada a 20°C en incubadora (Jouan EG 110 IR, Burladingen, Germany) en condiciones de oscuridad (Figura 5-1). 72 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Figura 5-1. Presentación del producto terminado para evaluación de estabilidad.
Se tomaron tres botellas cada día y se midió pH, °Bx y acidez titulable bajo las metodologías ya mencionadas en la sección 3.1.3. También se hizo medición de color por colorimetría con iluminante D65 y ángulo de 10° (Konica Minolta Bench-top Colorimeter CR-5, Tokio, Japón). Las diferencias entre colores se establecieron teniendo en cuenta el ∗ 훥퐸푎푏 (ecuación 3-1) de manera similar a la metodología usada en el color de la panela.
5.1 . Resultados y discusión
Los productos tradicionales comparados con los industriales reflejan diferencias en sus contenidos nutricionales especialmente en micronutrientes y aminoácidos, posiblemente debido al cambio de ambiente para la microbiota de cada proceso o los inóculos utilizados (Jang et al., 2014). Para este caso, se llevó a cabo la comparación de la bebida en campo y en planta piloto en cuanto a sus propiedades fisicoquímicas, proximales y tasa de conversión de azucares. 5. Análisis proximal, fisicoquímico, microbiológico 73
5.1.1 Consumo de azúcares y producción de etanol y ácido láctico durante fermentación
Mediante los análisis cromatográficos se hizo el cálculo del porcentaje de azúcares consumidos y %etanol y ácido láctico producido pasados los 6 días de fermentación tanto en campo como en planta. Los tiempos de retención promedio obtenidos se presentan el la
Tabla 5-1.
Para conocer el comportamiento en planta posterior a este lapso de tiempo, se dejó en fermentación hasta cumplir 12 días (Tabla 5-2) momento en el cual la bebida estabilizó el pH en 3,37; °brix en 5,1 y acidez titulable en 1,14.
Tabla 5-1. Tiempos de retención arrojados por el método cromatográfico para cuantificación de ácido láctico, etanol, sacarosa, glucosa y fructosa.
Analito Ácido láctico Etanol Sacarosa Glucosa Fructosa Tiempo de 13,6926 ± 0,0033 15,8976±0,0060 8,5301 ± 0,0043 10,3098 ± 0,0143 13,2111 ± 0,0086 retención (min)
El consumo de la glucosa y fructosa presente en el medio fue más rápido en campo que en la planta, asimismo, en campo se presentó un consumo total de la sacarosa y hubo una mayor producción de etanol. La producción de ácido láctico fue estadísticamente igual en ambos ambientes (campo y planta) a los 6 días de fermentación.
Por su parte, a los 12 días de fermentación en la planta se logró el consumo total de la sacarosa y la producción de una cantidad significativamente mayor de ácido láctico.
74 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Tabla 5-2. Comparación del porcentaje de consumo de azúcares y producción de etanol y ácido láctico (g/l) durante el proceso fermentativo desde el día 0 y el día 6 en campo y entre el día 0, 6 y 12 de la fermentación en planta piloto.
Día 6 planta Día 12 planta Día 6 campo % sacarosa consumido 89 ± 5 A 100 ± 0,00 B 100 ± 0,00 B % Glucosa consumida 100 ± 0,00 A 100 ± 0,00 A 100 ± 0,00 A % Fructosa consumido 100 ± 0,00 A 100 ± 0,00 A 100 ± 0,00 A %Etanol ( %v/v) producido 1,70 ± 0,24 A 2,35 ± 0,03 B 3,83 ± 0,06 C AL (g/l) producido 3,60 ± 0,59 A 7,63 ± 0,89 B 3,77 ± 0,34 A Letras diferentes en la misma fila indican diferencias significativas según prueba de Tukey (P<0.05).
Como se mencionó, la producción de alcohol en planta es menor que en campo y con el tiempo adicional de fermentación aparece una mayor cantidad de ácido láctico, esto sugiere que las bacterias remanentes, mejor adaptadas al medio ácido, bajo una presión de etanol menor que las de campo, continuaron metabolizando las fuentes de carbono alternativas a los tres azucares ya consumidos, por ejemplo, maltosa o mediante la hidrólisis del almidón, acidificando el medio hasta el punto de detener la fermentación.
En campo se cuenta con una fuente microbiana importante dentro de los recipientes de fermentación, con posible efecto en el balance entre levaduras y bacterias, dando por resultado una bebida de mayor contenido de alcohol.
Estudios realizados en munkoyo, bebida fermentada a base de maíz, la proporción entre levaduras y bacterias acidolácticas en el inóculo usado tuvo un efecto en las concentraciones de etanol del producto final, como resultado de ese estudio los autores presentan una relación de 1:1000 entre levaduras y bacterias acidolácticas para obtener una bebida de bajo contenido de alcohol (<4%) (Zulu et al., 1997).
En vinos se ha establecido que cuando la relación glucosa/fructosa es menor a 0,1 puede ocurrir una parada en la actividad fermentativa de S. cerevisiae. (Schütz & Gafner, 1995), evidente por la estabilización del pH (Mounjouenpou et al., 2017). Durante el proceso de fermentación que realiza esta levadura, la glucosa es la primera en consumirse, cuando 5. Análisis proximal, fisicoquímico, microbiológico 75
ésta se agota la proporción de fructosa aumenta y las levaduras se ven obligadas a consumirla mientras en el medio está aumentando el contenido de alcohol. Estas condiciones de estrés, junto con los desbalances nutricionales por el consumo de los sustratos, genera una ralentización o incluso, una detención del proceso (Bauer & Pretorius, 2000; Guillaume, Delobel, Sablayrolles & Blondin, 2007; Schütz & Gafner, 1995)
En el caso de la chicha, la fermentación del mosto ocurre gracias al consorcio microbiano de múltiples especies de levaduras y bacterias tanto homofermentativas como heterofermentativas, adaptadas al uso de otras fuentes de energía además de la glucosa. En estudios realizados en bebidas a base de arroz, el uso de Lb. plantarum y Lb. fermentum demostraron un consumo de fructosa superior a otras especies (Magala & Hojerová, 2015), también es mencionado el uso de maltosa en masas ácidas de trigo (De Vuyst et al., 2014), e incluso, las mismas S. cerevisiae con adaptaciones en los genes relacionados con el uso de hexosas (HTX), son capaces de usar la fructosa sin generarse la detención de la fermentación (Guillaume et al., 2007). Es posible que estas especies se encuentren dentro del inóculo tradicional utilizado, ya que han sido reportadas en múltiples preparaciones fermentadas a base de maíz u otros cereales (Chaves et al., 2016; FAO, 1993; Fula, 2010; Hancioǧlu & Karapinar, 1997)
Se hizo la comparación de sacarosa, glucosa, fructosa, etanol y ácido láctico presentes a los 6 días de fermentación y en el producto terminado, tanto en campo como en planta. Es importante recordar que la bebida tradicional no fue sometida a tratamiento térmico como la bebida realizada en planta piloto (Tabla 5-3).
Tabla 5-3 Contenidos de carbohidratos, etanol y ácido láctico de las bebidas elaboradas en campo y en planta piloto al día 6 de la fermentación y el producto terminado (P.T).
%ET Sacarosa (g/l) Glucosa (g/l) Fructosa (g/l) (v/v) A. láctico (g/l) día 6 Trad 0 A 0 A 0 A 4,535 C 4,84 A día 6 Planta 2,52 A 0 A 0 A 2,89 AB 5,08 A P.T Trad 13,56 B 25,8 C 24,25 B 3,89 BC 5,58 A P.T Piloto 73,29 C 10,07 B 8,53 C 1,94 A 5,75 A 76 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Letras diferentes en la misma fila indican diferencias significativas según prueba de Tukey (P<0.05).
Tanto el producto en planta como el producto tradicional presentaron diferencias significativas para los azucares entre el final de la fermentación y el producto terminado, esto es debido a la adición de panela para endulzar. Se hallaron diferencias en % etanol y la acidez titulable entre elaboración tradicional y en planta, pero no se presentaron diferencias significativas entre el día 6 de la fermentación y el producto final de cada procedencia. Aunque en todos los casos el etanol disminuyó, el producto en planta perdió mayor cantidad posiblemente al efecto del tratamiento térmico realizado a 85°C, temperatura superior al punto de ebullición (78,5°C) de este alcohol, por su parte, el ácido láctico aumentó su concentración posiblemente por la misma causa ya que su punto de ebullición (122°C) supera la temperatura del proceso térmico aplicado.
Al relacionar con la evaluación sensorial, el bajo contenido de alcohol de la bebida de la planta no fue motivo de rechazo y a pesar de tener la misma cantidad de ácidos, las personas que dieron puntuación de “me disgusta” mencionaron sensaciones de mayor acidez y fermentación en el producto artesanal, lo que coincide con lo encontrado en un estudio realizado en las interacciones gusto-gusto y gusto- aroma (Zamora & Goldner, 2005), donde encontraron que el alcohol potencia sabores tanto dulce como ácido.
5.1.2 Análisis proximal:
En cuanto al análisis proximal (Tabla 5-4) se observó que los contenidos de humedad en ambas bebidas son similares mientras que la cantidad de fibra, ceniza, proteína y grasa aumentaron significativamente en la elaborada en planta.
5. Análisis proximal, fisicoquímico, microbiológico 77
Tabla 5-4. Análisis proximal del producto final para la elaboración en planta piloto y tradicional.
Producto terminado Producto terminado
Tradicional en planta piloto Humedad 85,56 ± 0,06 A 83,85 ± 1,03 A Carbohidratos 12,67 ± 0,03 A 14,68 ± 1,00 A Cenizas 0,23 ± 0,00 A 0,29 ± 0,00 B Grasa 0,24 ± 0,02 A 0,34 ± 0,02 B Fibra 0,59 ± 0,00 A 0,88 ± 0,04 B Proteína 0,36 ± 0,00 A 0,31 ± 0,01 B Letras diferentes en la misma fila indican diferencias significativas según prueba de Tukey (P<0.05).
En trabajos similares de elaboración de ogi nigeriano con maíz bajo diferentes tratamientos (Akingbala, 1987 citado en FAO, 1993) encontraron una reducción del contenido proteico, de ceniza, fibra y extracto etéreo comparado con el producto elaborado con maíz molido en seco. Estos datos corroboran el aporte del pericarpio del grano sobre el contenido nutricional del producto final, en este tejido se encuentran almacenados cerca de 4,3% de la fibra cruda, 0,04% de cenizas y 0,18% de proteína y 0,05% de grasas del grano de maíz (FAO, 1993). Estos contenidos corresponden al incremento porcentual de estos componentes, teniendo en cuenta la adición de harina de maíz entero dentro de la formulación de la planta piloto frente a la elaboración tradicional en la que la fracción de pericarpio es removida.
5.1.3 Recuento microbiológico:
Dentro de los resultados en el recuento de la población microbiana durante el proceso de fermentación se evidenció la ausencia de Enterobacterias, E. coli o S. aureus, además de la presencia de levaduras y bacterias acidolácticas, similar a lo encontrado en chicha (Beltrán et al., 2009; Chaves et al., 2014) y en otras bebidas tradicionales a base de maíz u otros cereales, como el bosa, burukutu o pito.
78 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
La presencia de enterobacterias, E. coli o S. aureus está relacionada con las malas prácticas de manufactura, contaminación en las materias primas, mala higiene de herramientas y maquinaria o de las personas involucradas en el proceso de elaboración (Pazmiño et al., 2014) y se han encontrado en algunas de las bebidas tradicionales a base de cereales o lácteos en un rango de 0 a 4 log UFC/ml (da Cruz et al., 2012; Pazmiño et al., 2014). En el contexto colombiano, históricamente la chicha se ha vinculado a prácticas poco higiénicas y se ha relacionado con ciertas enfermedades gastrointestinales (Bejarano, 1950; Calvo & Saade, 2002; Cardona, 2008; Isabel Sánchez, 2013) evidenciándose en estos resultados que la insalubridad no es inherente a la bebida, sino al manejo. Como se mencionó anteriormente, existen evidencias de que la elaboración de productos fermentados de manera tradicional no necesariamente está relacionada con microorganismos patógenos, de hecho, múltiples estudios mencionan el efecto antagónico de las bacterias acidolácticas sobre dichos microorganismos gracias a la producción de
ácido láctico y acético, CO2, bacteriocinas, e incluso, peróxido de hidrógeno (Holo, Jeknic, Daeschel, Stevanovic, & Nes, 2001; Vázquez, Suárez, & Zapata, 2009).
En la fermentación de alimentos, las poblaciones de bacterias acidoláctivas y levaduras coexisten en una asociación en la cual la acidificación del medio por parte de las primeras favorecen el crecimiento de las segundas, las cuales, a su vez, pueden proveen vitaminas o compuestos nitrogenados que las bacterias aprovechan (Ramos et al., 2010). En la Figura 5-2 se presentan los recuentos de levaduras y bacterias acidolácticas durante el proceso de fermentación desde mosto (M), y a través de los días de fermentación (D0 – D6). En este estudio se observó que tanto el recuento de levaduras como de las bacterias acidolácticas tuvieron un aumento en las unidades logarítmicas en las primeras 48 horas (D2) y posteriormente, un descenso del recuento el cual permaneció constante durante los siguientes días de fermentación sin diferencias estadísticamente significativas. 5. Análisis proximal, fisicoquímico, microbiológico 79
Figura 5-2. Recuento microbiológico y condiciones de pH, AT y °Brix en mosto de maíz (M) y durante durante seis dias de fermentación (D0 a D6) en planta piloto.
14 0,9
0,8 12 0,7 10 0,6
8 0,5
0,4
6 %acidez 0,3
(unidades arbitrarias) (unidades 4 0,2 2 0,1
0 0 M D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 etapa de proceso
levaduras (unid. Log) LAB (unid. Log) pH *Bx %AL
También se observó menor tasa de cambio en el pH, en la producción de ácido láctico y en los sólidos solubles (°Brix) similar a lo encontrado en otros estudios de fermentación de cereales como sorgo, incluso en los cuales modificaban temperaturas y pH inicial del mosto sin que se viera afectada significativamente las curvas de crecimiento de los microorganismos (Pomasqui, 2012; Seong-Eun et al., 2018; Zulu et al., 1997)
5.1.4 Estabilidad en almacenamiento.
En la Tabla 5-5 se presentan los resultados de las pruebas fisicoquímicas de la bebida pasteurizada durante 60 días, almacenadas a 20°C y en envase ámbar. Tanto pH, como °Bx y acidez titulable no presentaron diferencias estadísticas relacionadas con el tiempo de almacenamiento. 80 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Tabla 5-5. Pruebas fisicoquímicas de la bebida fermentada a base de maíz pasteurizada, realizadas durante 60 días
Acidez almacenamiento titulable pH °Bx L* a* b* (días) (g ácido láctico /l) 0 3,69 ± 0,01 13,17 ± 0,06 0,72 ± 0,00 47,67 ± 1,00 9,00 ± 0,33 30,97 ± 1,50 10 3,66 ± 0,01 13,28 ± 0,12 0,72 ± 0,01 46,33 ± 1,57 8,42 ± 0,17 30,25 ± 0,19 20 3,70 ± 0,01 13,25 ± 0,08 0,71 ± 0,01 47,44 ± 0,15 8,74 ± 0,23 30,71 ± 0,31 30 3,68 ± 0,00 12,98 ± 0,04 0,71 ± 0,01 48,10 ± 0,73 9,23 ± 0,15 31,63 ± 1,22 40 3,72 ± 0,00 12,99 ± 0,06 0,71 ± 0,01 47,51 ± 0,36 9,09 ± 0,29 30,64 ± 0,72 50 3,71 ± 0,01 13,19 ± 0,03 0,71 ± 0,00 47,11 ± 0,52 8,87 ± 0,16 30,11 ± 0,65 60 3,69 ± 0,01 12,84 ± 0,05 0,70 ± 0,00 47,11 ± 0,50 8,76 ± 0,34 29,66 ± 0,55 Promedio 3,69 13,07 0,71 47,35 8,90 30,49
En cuanto al color, la distancia entre las coordenadas en el espacio CIEL*a*b* durante el tiempo no supera los cambios visualmente perceptibles (ΔE<3), para un consumidor con visión promedio y se considera que el producto no sufre cambios significativos en el color como atributo sensorial.
6. Conclusiones
Es posible obtener una bebida fermentada a base de maíz o chicha, estable por 60 días a temperatura ambiente que cumpla con la expectativa del consumidor que busca impresiones sensoriales similares a los productos tradicionales.
Las condiciones de pH y acidez titulable hacen de las bebidas elaboradas tanto en campo como en planta un medio desfavorable para microorganismos patógenos como S. aureus y enterobacterias como E. coli y coliformes en la chicha de Guasca.
El ambiente de la planta de proceso, incluyendo los equipos y la inexistencia de lodos en los fermentadores, tuvo un efecto en las características del producto final, con un menor % etanol y un contenido mayor de ácidos, especialmente láctico. No obstante, la evaluación por parte de los consumidores no se vio afectada.
La molienda en seco favorece el aprovechamiento del pericarpio del maíz lo que aporta mayores contenidos de fibra y en menor medida, minerales (cenizas) proteína y grasas a la bebida.
La chicha demostró un comportamiento pseudoplástico dependiente de la cantidad de maíz usado en la formulación, el cual tuvo un efecto en este atributo mecánico y sensorial por lo que este parámetro es punto crítico para conseguir una bebida de alta aceptación.
Las cualidades sensoriales de esta bebida están íntimamente relacionadas con el consorcio de microorganismos presentes en la fermentación, de tal suerte que el uso de un cultivo comercial de S. cerevisiae para fermentación enológica no es suficiente para otorgar al producto los compuestos volátiles que los consumidores habituales esperan en su producto tradicional.
82 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
La pasteurización a 85°C por 5 minutos logró detener la fermentación sin presentar cambios en parámetros como color, pH, °Brix o acidez titulable en el tiempo de almacenamiento.
La elaboración de un producto en planta con mayor cantidad de etanol requiere el refuerzo de las poblaciones de levaduras para promover la producción de este alcohol previa la acidificación del medio por parte de las bacterias acidolácticas.
7. Recomendaciones
Se recomienda identificar y evaluar la potencialidad de las cepas nativas tanto de levaduras como de bacterias acidolácticas en la fermentación de maíces amiláceos, así como la identificación de los compuestos volátiles responsables de la identidad sensorial de la chicha de Guasca (Cundinamarca).
Se recomienda realizar cuantificación de bacterias acidoacéticas y el ácido acético presente en las bebidas.
Para futuros estudios se considera pertinente realizar evaluaciones de las condiciones de para optimizar el proceso.
Se sugiere realizar estudios de manejo ambiental del proceso de elaboración de la chicha de maíz.
Anexo . 85
A. Ficha técnica del inóculo comercial Uvaferm ® CM
86 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
Anexo C. Cromatogramas obtenidos para la determinación de azúcares en 87 bebida fermentada de maíz
B. Anexos: Formatos de evaluación sensorial a. Formatos de evaluación sensorial para los los productos obtenidos en los ensayos 1. Tratamiento del maíz para la molienda y 2. proporción de maíz
b. Formatos de evaluación sensorial para los los productos obtenidos en el ensayo 3. tipo de inóculo
88 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.)
c. Formato de evaluación sensorial para la bebida artesanal y la bebida piloto con y sin gas
Anexo C. Cromatogramas obtenidos para la determinación de azúcares en 89 bebida fermentada de maíz
C. Cromatogramas obtenidos para la determinación de azúcares en bebida fermentada de maíz a. Cromatogramas del extracto de mosto de maíz inoculado para la elaboración de una bebida fermentada (chicha)
90 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.) b. Cromatogramas de la bebida de maíz con 6 días de fermentación elaborada en planta piloto.
Bibliografía 91
c. Cromatogramas de la bebida de maíz con 12 días de fermentación en planta piloto.
92 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.) d. Cromatogramas del producto terminado de la bebida de maíz endulzada y con tratamiento térmico, elaborada en la planta piloto
Bibliografía 93
e. Cromatogramas de la bebida de maíz con 6 días de fermentación en campo
94 Caracterización del proceso de elaboración artesanal y en planta de una bebida fermentada tradicional a base de maíz (Zea mays L.) f. Cromatogramas del producto terminado de la bebida de maíz endulzada elaborada en campo (sin tratamiento térmico)
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