Área de estudio

Las vainas fueron recolectadas en Reynosa, ubicada al norte del estado de Tamaulipas (Fig. 1) entre las coordenadas 26°05'32" de latitud norte y 98°16'41" de longitud oeste, a una altitud de 32 m s.n.m.; tiene un clima subhúmedo y la vegetación predominante son matorrales (^{Instituto Nacional de Estadística y Geografía [Inegi], 2020a}).

El punto rojo indica al estado de Tamaulipas

Fuente: ^{Inegi (2020b)}.

Figura 1 Ubicación del estado de Tamaulipas, en los Estados Unidos Mexicanos. 

Muestreo de árboles

Las vainas de ébano fueron recolectadas durante los meses de julio y agosto de 2020 en diferentes puntos de la ciudad de Reynosa, en las coordenadas 26°03'19.9"N 98°19'28.2"O, 26°03'48.6"N 98°19'18.5"O y 26°03'47.3"N 98°19'40.1"O. Se seleccionaron al azar 300 vainas y se separaron en grupos de 100, posteriormente se registró su peso usando una balanza con 0.0001 g de resolución. Se separaron las semillas de las vainas y estas últimas se almacenaron a 4 °C hasta su uso para evitar el crecimiento de hongos o insectos.

Determinación de propiedades físicas

Para los análisis proximales y algunas propiedades físicas, las vainas fueron trituradas en un molino de 10 kg (Anself HC-2000) para obtener harina. Empleando un calibrador digital pie de rey, se midieron longitud, ancho y grosor de las vainas; con estas dimensiones de calcularon diámetro geométrico (D), esfericidad (ø), volumen (V), área superficial (S) y relación de aspecto (R), de acuerdo con la metodología propuesta por ^{Hernández-Santos et al., (2014)}. Esta información es importante para determinar el efecto cinético sobre su flujo en bandas, separadores, máquinas de limpieza, entre otras, que permitan un mejor aprovechamiento industrial (^{Hernández-Santos et al., 2014}).

Para la evaluación del color, se utilizó un colorímetro HunterLabMiniScan XE Plus (modelo 45/0-L. Hunter Assoc. Reston VA, USA), el cual se calibró con una teja blanca y una negra; las muestras se colocaron en un fondo blanco y se realizaron tres mediciones obteniéndose los atributos de luminosidad (L*), a* y b* de la escala de Hunter. Con estos datos se calcularon los parámetros de saturación (C*) y matiz (H*).

La densidad aparente se determinó colocando 50 g de la harina en una probeta graduada de 100 mL, la probeta se golpeó contra la palma de la mano 10 veces y se registró el volumen final ocupado por la harina para obtener la densidad en gramos por centímetro cúbico (^{Hernández-Santos et al., 2014}). El pH se determinó con un potenciómetro (Hanna Edge pH), para ello se colocó 1 g de harina en 10 mL de agua destilada de acuerdo con la metodología de ^{Hernández-Santos et al. (2014)}.

Análisis químico proximal

Para la determinación del contenido proximal se utilizaron los métodos oficiales de la American Association of Cereal Chemists (^{AACC, 1995}); el contenido de proteína total por el método de Kjedahl (método oficial 46-13.01), fibra cruda (método oficial 32-10.01), cenizas (método oficial 08-03.01), grasa (método oficial 30-10.01) y humedad (método oficial 44-15.02). El contenido de carbohidratos se determinó por diferencia.

Propiedades funcionales

La capacidad de emulsificación se analizó de la siguiente manera, se mezcló la harina obtenida en agua destilada (relación 1:20 g/g), se agitó vigorosamente y se dejó reposar por 15 minutos; pasado este tiempo se mezcló con partes iguales de aceite vegetal (gramos) y nuevamente se agitó de manera vigorosa por tres minutos. Finalmente se centrifugó por cinco minutos a 10 000 min_-1. El índice de emulsificación se expresó como porcentaje de la altura de la capa emulsionada con respecto al contenido total de líquido (^{Yasumatsu et al., 1992}). Para determinar la capacidad de absorción de agua (WAC) y la capacidad de solubilidad en agua (CSM) se añadieron 10 ml de agua destilada a un gramo de muestra, posteriormente se agitó en un vórtex (Vortex-2 Genie, modelo G-560) durante 30 segundos y se centrifugó a 15 000 min^-1 por 15 min (Centrífuga Universal Compact HERMLE Labortechnik GmbH Mod Z 200A). Se decantó el sobrenadante en una cápsula de porcelana tarada. La CSM se calculó como el peso del sedimento después de la eliminación del sobrenadante por unidad de peso inicial de sólidos en una base seca; mientras que la WAC se calculó como el peso seco de los sobrenadantes sólidos como un porcentaje de peso de la muestra original. Los resultados se expresaron como porcentaje de gramos de agua retenidos por gramo de muestra (^{Anderson et al., 1964}).

Hidrólisis ácida

Otro aspecto que se evaluó en la harina fue la obtención de xilosa por medio de hidrólisis con ácido sulfúrico. La xilosa es una materia prima metabolizada por una gran diversidad de microorganismos, principalmente hongos. Sin embargo, las investigaciones se han centrado en la obtención de etanol y xilitol a partir de esta pentosa (^{Ledezma-Orozco et al., 2018}). La hidrólisis se realizó con 2%, 4% y 6% de H₂SO₄ manteniendo una relación sólido/líquido de 1:6. Una vez añadido del ácido, la mezcla se llevó a la autoclave a 121 °C por 60 minutos después de los cuales, se enfrío, centrifugó y filtró para separar el jarabe rico en xilosa. La concentración de xilosa y ácido acético se determinaron mediante cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC HP-1100) utilizando una columna Transgenomic ION-300, con una temperatura de horno de 45 °C y elución isocrática de 0.4 mL min^-1 de flujo de fase móvil (H₂SO₄ 0,0025 M) (^{Ledezma Orozco et al., 2018}).

Análisis estadístico

Todas las determinaciones se realizaron por triplicado, a excepción del color que se determinó cinco veces; se obtuvo el promedio y la desviación estándar de cada parámetro. Para el contenido de polifenoles y la obtención de xilosa se hizo un análisis de varianza seguido de una comparación de medias utilizando una postprueba de Tukey (p≤0.05); ambos análisis se realizaron en el programa RStudio v4.0.

Propiedades físicas

Los valores promedio de largo, peso y volumen de las vainas de ébano obtenidos (Tabla 1) pueden ser usados para el diseño del procesamiento industrial de la cáscara, desde la separación de la semilla hasta la obtención de la harina. La caracterización lineal-espacial se relaciona directamente con factores como tiempo, humedad y temperatura de almacenamiento. En muchos casos, después de la separación de los granos o semillas, el resto de la planta se considera un residuo; el cual en la mayoría de los casos genera contaminación ambiental. Esta biomasa que, además de la agricultura, proviene de fuentes forestales e industria, tiene potencial para ser utilizada como energía o alimento (^{Akkoli et al., 2018}). Por ello, es importante desarrollar un estudio inicial del material con los parámetros necesarios para tratarlo en diferentes especificaciones bajo corriente turbulenta de aire, para diseño de separadores y para limpieza de la semilla, tomando en cuenta la temperatura y el flujo de transferencia de masas en las semillas, y facilitando operaciones como secado, tamizado, enfriado o calentamiento (^{Vishwakarma et al., 2012}).

Propiedades funcionales

Las propiedades funcionales de los compuestos utilizados como alimentos o aditivos se asocian con propiedades fisicoquímicas y estructurales y son importantes para definir procesamiento, aplicaciones e incluso formas de almacenamiento (^{Hernández-Santos et al., 2014}). Por ello, es importante la determinación de parámetros de las características físicas y químicas, que permitan definir el uso de las diversas materias primas. La harina obtenida de cáscara de ébano mostró un índice de emulsificación de 13.33%; ^{Aguilera-Gutiérrez et al., (2009)} realizron una caracterización de diferentes harinas de leguminosas obteniendo una capacidad de emulsificación de 12% en garbanzo castellano, lo cual es similar a lo obtenido en la harina de vaina de mahuacata. En ese mismo estudio se encontró que la harina de lenteja tuvo 47% de capacidad de emulsificación y la harina de judías Cannellini 4%Por otro lado, dichos autores evaluaron la capacidad de absorción de agua obteniendo 49% y 48% para garbanzo Sinaloa y lenteja pardina; respectivamente; estos valores fueron similares a los datos obtenidos en el presente trabajo (Tabla 2).

En cuanto a los atributos de color de la harina (Tabla 2), los valores de a* y b* se situan en el área de los rojos (a+) y amarillos (b+); el valor de tono o matiz (H*) fue inferior a 90, lo que la ubica como harina amarilla-verdosa; por otro lado, el valor de saturación (C*) y el de luminosidad (L*) la ubican en los tonos grisáceos. El color es importante en la formulación de alimentos, ya que es una característica sensorial importante, por lo que se mide de forma objetiva con un colorímetro. Aunque pudiera pensarse que esta característica es solo importante para los alimentos humanos, algunos estudios han mostrado que no es así; Di Donfrancesco et al., (2014) evaluaron ocho diferentes formulaciones de alimentos para perros y entrevistaron a los dueños de las mascotas, quienes mencionaron que el color es una característica importante para la elección del alimento, señalando que era más importante que el aroma a la hora de elegir el alimento; lo que confirma que es una propiedad física de los alimentos que debe considerarse.

Propiedades proximales

En el caso de las propiedades proximales de la vaina de mahuacata (Tabla 3), el contenido de humedad fue de 2.40%, esto se encuentra por encima de lo observado en residuos lignocelulósicos de silos de café (^{Oliveros-Tascón et al., 2014}). El porcentaje de humedad es un factor determinante no solo de la calidad sino de la estabilidad de los alimentos; el secado, a pesar de ser un procedimiento sencillo tiene gran relevancia en el procesamiento de estos productos (^{Quijije-Mero et al., 2019}). En lo que respecta al contenido de cenizas, se obtuvo 3.09% de cenizas totales; las cenizas son una medida del total de minerales en el alimento. dado que una propuesta es el uso de esta materia prima como suplemento en alimentación animal, es impor-tante mencionar que los minerales son indispensables para todos los seres vivos; muchas de las enzimas están reguladas por estos por lo que activan diversos procesos metabólicos (^{García et al. 2014}).

En los animales, al igual que en los humanos, una deficiencia de minerales repercute en el estado nutricional. El contenido de grasa encontrado fue bajo y el de fibra alto (Tabla 3). Para el caso de proteínas, se encontraron niveles traza en la harina; esto puede deberse a que, al ser un residuo lignocelulósico, presenta principalmente fibra. La producción de animales es un campo amplio en el que el puede aplicarse el estudio de subproductos agrícolas o forestales para obtener formulados de alta calidad nutricional; ya que en esta área se requiere de alimentos balanceados; en este sentido se han utilizado subproductos comunes derivados de maíz, arroz, caña e incluso vísceras de otros animales (Serna, 2015; ^{Goulart et al., 2020}). Los resultados sugieren que el subproducto aquí estudiado podría ser utilizado como una opción en la alimentación de ganado, dado su alto contenido de fibra.

Hidrólisis ácida

En los hidrolizados ácidos se encontró una concentración máxima de xilosa de 33.8 g L^-1 en el hidrolizado con 6% de H₂SO₄ (Tabla 4), estos resultados son similares a los obtenidos por Fehér et al. (2017) en rastrojo de maíz (38.9 g L^-1); lo que sugiere la vaina de ébano puede ser una fuente importante de xilosa para diversos microorganismos que permitan la obtención de compuestos como xilitol, butanodiol, ácido glutárico, etileno, ácido, 3-4-dihidroxibutírico, acetoína, ácido glicólico; entre otros (^{Gao et al., 2017}; ^{Salusjärv et al., 2017}; ^{Guo et al., 2018}; ^{Wang et al., 2018}).

Además de los compuestos mencionados, en un estudio previo se analizó la concentración de compuestos polifenólicos (^{Morales-Salvatierra et al., 2020}) y se encontró que este residuo es una fuente de taninos y fenoles. En la vaina de ébano se encontró un alto contenido de antioxidantes en comparación con los registrados en otros estudios para diferentes partes de plantas como en Salvia aratocensis (^{Cardeño et al., 2007}), mezquite (Prosopis velutina Wooton) (^{Ramírez-Rojo et al., 2018}) y frijol (^{Salas et al., 2016}). Los resultados de dichos estudios sugieren que los subproductos de leguminosas o partes no comestibles de diversas plantas tienen potencial de explotación para la obtención de compuestos con capacidad antioxidante; como es el caso de la vaina de ébano. Además de esto, es importante mencionar que estos subproductos son una buena alternativa como alimentación de ganado, no solo por su alto contenido de fibra, sino por su bajo contenido de taninos comparado con los subproductos comunes, ya que estos son considerados compuestos antinutricionales (^{Guevara-Oquendo et al., 2020}). El consumo de alimentos con alto contenido de antioxidantes se ha relacionado con la prevención de diversas enfermedades cardiovasculares, neurológicas, endocrinas, gástricas y cancerígenas, debido a la disminución del estrés oxidativo. Aunque el cuerpo humano cuenta con mecanismos para el control de la producción de antioxidantes, también se sabe que diversos alimentos tienen metabolitos para el control exógeno de radicales libres (^{Coronado et al., 2015}). Los residuos agrícolas o forestales son una fuente para obtener diversos fitoquímicos antioxidantes, los cuales pueden aprovecharse de diversas formas y aportar sus propiedades benéficas a productos como alimentos, cremas y bebidas, entre otros. Al ser obtenidos de residuos, se tienen como ventaja un menor precio de producción y el aprovechamiento de materias primas poco convencionales. El invierno es una época difícil para los agricultores debido a la poca disponibilidad de forraje, por lo que acuden a diversos árboles o arbustos (^{Nawab et al. 2020}); por ello, la vaina de ébano podría ser una buena alternativa en la alimentación de ganado, no solo por su alto contenido de fibra, sino por su bajo contenido de taninos en comparación con los subproductos comunes (^{Guevara-Oquendo et al., 2020}). Las plantas que crecen de forma silvestre, como el ébano, podrían considerarse un importante reservorio de polifenoles debido a las condiciones ambientales a las que sobreviven (^{Martínez-López et al., 2021}).