Maíz y polvo de cúrcuma

Se emplearon seis tipos diferentes de maíz (Zea mays L.) criollo M1 (rojo), M2 (azul), M3 (azul), M4 (amarillo), M5 (amarillo) y M6 (rojo), producido en condiciones de temporal en la comunidad “San Pedro Potla”, Primer Barrio Ejido, Temascalcingo, Estado de México, Coordenadas: 19°50'40.4"N 99°57'45.6"W a 2660 m.s.n.m. Así mismo, se empleó como ingrediente con elementos bioactivos el polvo de cúrcuma, el cual fue adquirido en la Ciudad de México con certificación Kosher e información nutricional (se especifican contenidos de proteínas: 10 g, carbohidratos: 67 g, azúcar: 3 g, fibra dietética: 23 g, sodio: 0 g y contenido de energía: 335 Kcal, por cada 100 g). La masa fue preparada a una concentración del 3% en relación con el peso de la harina de trigo (600 g). Las dimensiones físicas (DF) de largo, ancho y espesor se obtuvieron a partir de medidas realizadas en 4 repeticiones de 25 granos de cada variedad de maíz, mediante micrómetro digital (0-25mm/0.001mm, Surtek). En la Tabla 1, es posible observar las DF y el peso promedio de 100 g e imagen visual de los granos de maíz empleados para adicionar al pan de caja.

Tabla 1 Características de maíz empleado para obtención de harina nixtamalizada para la preparación de pan nutracéutico. 

Maíz Criollo	Imagen de grano	Peso (g) 100 granos	Largo	Índice de flotación (%)	Harina nixtamalizada	Pan de trigo adicionado con maíz	Adicionado con maíz y cúrcuma
			Ancho
			Espesor
M0	-	-	-	-	-
			-
			-
M1		0.37	13.48±0.74a	60.3 ± 1.5
			8.11±0.54a
			8.11±0.54a
M2		0.33	13.80±0.62b	62.7 ± 2.5
			8.63±0.62b
			4.61±0.52ab
M3		0.29	13.24±0.75a	62.3 ± 3.2
			8.74±0.52b
			5.029±0.51c
M4		0.29	15.87±0.55c	35.0 ± 2.0
			7.77±0.31c
			4.464±0.38b
M5		0.48	13.80±0.64b	57.3 ± 3.7
			8.42±0.40d
			4.46±0.38b
M6		0.42	13.80±0.64b	63.0 ± 3.6
			8.74±0.49b
			4.71±0.35a

Medias con la misma letra dentro de una columna (largo, ancho y espesor) no son estadísticamente diferentes (Tukey, p <0.05).

Harina de maíces criollos nixtamalizada

Los granos de maíz se limpiaron con el fin de eliminar materiales extraños, impurezas y granos rotos para evaluar el índice de flotación de acuerdo con Abdalaa et al. [³¹], para establecer el tiempo de cocción. El proceso de nixtamalización se realizó según la metodología propuesta por Valderrama-Bravo et al. [³²]. En una solución de 1500 ml de agua se mezcló 5 g de hidróxido de calcio grado alimenticio (Fermont, Monterrey, México). Posteriormente se adicionó 500 g de maíz y se cocinaron a 90 °C por 40 min para M4 y 35 min para M1, M2, M3, M5 y M6, y se dejó reposar por 12 h.

Se separó el nejayote y se lavó el nixtamal con 750 ml de agua, para secarlo en un horno de aire a 55 °C durante 24 h. Las muestras secas se molieron en un molino de martillos (Pulvex 200, México) con una malla de 0.8 mm. Las harinas de maíz así obtenidas se envasaron en bolsas herméticas de polietileno y se almacenaron a 4 °C hasta su uso.

Formulación de pan de caja de maíz criollo y maíz criollo y cúrcuma

Las formulaciones para la elaboración del pan de caja fueron adaptadas de Hernández et al. [¹⁸-¹⁹], las cuales pueden ser observadas en la Tabla 2. Es posible apreciar los ingredientes usados para hacer la masa en porcentajes (agua, leche, huevo, sal, azúcar, aceite de olivo, levadura, harina de trigo y maíz). Los panes de trigo fueron adicionados con HmcNx al 10% sin y con cúrcuma al 3% de concentración en relación con la cantidad de harina empleada (600 g).

Caso I. Pan de trigo (control (BM0) - sin adición de maíz) y con seis tipos distintos de maíces adicionados (BM1, BM2, BM3, BM4, BM5 y BM6).

Caso II. Pan de trigo (control (BM0-C) - sin adición de maíz - con adición de cúrcuma) y con seis tipos distintos de maíces adicionados (M1, M2, M3, M4, M5 y M6), y 3% de cúrcuma (BM1-C, BM2-C, BM3-C, BM4-C, BM5-C y BM6-C).

Los ingredientes se incorporaron en un contenedor. La levadura tras su fermentación en 150 g de agua tibia y 150 g de leche (30 °C), se incorporó a la mezcla para formar la masa de pan. Esta fue amasada en batidora con gancho en espiral durante 10 min. Luego, se colocó en un molde (de pan de caja) engrasado (con aceite de olivo), donde aumentó su volumen durante aproximadamente 1 h. El mismo procedimiento de preparación de pan, se realizó para cada tipo de acuerdo con la formulación. De esta manera una vez transcurrido el tiempo, se coció en un horno eléctrico (Black & Decker), pre-calentado (5 minutos) a 180 °C, durante 50 min. Tras la cocción, el pan se dejó enfriar a temperatura ambiente durante 2 h y posteriormente se cortó en rebanadas (de 1.5 cm de grosor) empleando un cuchillo eléctrico (Hamilton Beach, tipo EK08, 121 V, 11 Hz). Para validar las medidas de color, se realizó la formulación de pan empleando maíz M1, elaborando tres piezas de pan para obtener de cada una de ellas 20 repeticiones que serán evaluadas en color en distintos puntos de la rebanada de pan.

Color

El color de los diferentes tipos de maíces, harinas, masas y panes fue determinado mediante colorímetro Minolta CR 300. Los parámetros de color correspondientes al espacio de color uniforme CIELab (L*, a* y b*) fueron obtenidos directamente del equipo. L* indica luminosidad (100= Blanco y 0=Negro), a*, indica verdoso-rojizo [negativo (-a) (verde) a rojo (+a) (positivo)] y b*, indica azuloso-amarilloso [negativo (-b) (azul) a amarillo (+b) (positivo)]. El equipo fue calibrado con un blanco de referencia L*= 96.65, a= -0.03 y b= 1.86. En el caso de los panes elaborados en sus 14 formulaciones, las mediciones fueron realizadas durante tres días consecutivos (día, 1, 2 y 3) con el fin de verificar el cambio de color en el tiempo. Para efectos de reproducibilidad experimental que avale los resultados de color se realizaron en un experimento independiente, panes adicionados de maíz BM1 (sin adicionar cúrcuma) repitiendo la formulación del pan tres veces (i.e. obteniendo 3 piezas de pan). De cada muestra de pan se eligieron rebanadas al azar y se tomaron 20 mediciones en zonas distintas de las rebanadas; para hacer la comparación de los cambios de color en las variables de color L*, a* y b* entre esos panes elaborados bajo la misma formulación.

Parámetros adicionales de color fueron determinados como índice de blancura (IB), índice de amarillez (IA), tono (h _ab ) y croma (C _ab ) [³³-³⁴]. Finalmente, se determinaron las diferencias de color en el espacio CIELAB entre grano de maíz-harina de maíz criollo nixtamalizada ( ∆Em-h ), grano de maíz-pan de maíz ( ∆Em-panM ), harina-pan de maíz ( ∆Eh -panM ), pan de maíz y de cúrcuma ( ∆EpanM-panMC ), maíz-pan de maíz y cúrcuma ( ∆Em-panMC ), y harina-pan de maíz y cúrcuma ( ∆Eh -panMC ), que se calculan como la distancia euclidiana entre sus ubicaciones en el espacio tridimensional definido por L*, a* y b* [³⁵]. Sumadas a estas diferencias de color, se realizaron las ∆E entre grano de maíz-masa (1) [masa elaborada adicionando maíz] (∆Em-masa (1)) , harina-masa (1) (∆Eh-masa (1)) , masa (1) - pan de maíz ( ∆Emasa 1-PanM ), grano de maíz - masa (2) ( ∆Em-masa (2)) , harina nixtamalizada de maíz - masa (2) ( ∆Eh-masa (2) ) y, finalmente masa (2) - Pan maíz con cúrcuma ( ∆Emasa 2-PanMC ). Las ecuaciones respectivas para los cálculos de tono, croma, índice de blancura y de amarillez y diferencias en color se presentan en Tabla 3.

Análisis del perfil de textura (APT)

El análisis de perfil de textura para las 14 formulaciones de pan sin cúrcuma y con cúrcuma se realizó con el analizador de textura (Brookfield Modelo CT3 25 K, USA) en una celda de carga de 25 kg. Después de cortado el pan en rebanadas se eligieron 5 rebanadas del centro y se guardaron en bolsas de polietileno para conservarlas antes de la medición. Se realizó el análisis para dos ciclos de compresión al 20% mediante un kit de prueba general TA TA25/1000 con un cilindro de diámetro y longitud de 50.8 y 20 mm, a una velocidad de 2 mm/s y 1g de precarga. Los parámetros obtenidos fueron dureza, índice de elasticidad, cohesividad y masticabilidad. El análisis de APT se inició a las 18 horas después de elaborado el pan, por tres días consecutivos; cinco repeticiones de cada muestra (en total por cada variable, 210 mediciones), fueron realizadas a una temperatura de 24 ± 1 °C.

Porosidad

La porosidad del pan fue determinada mediante procesamiento de imágenes: a) imagen original con las concentraciones de maíz y cúrcuma, b) imagen en escala de gris, c) imagen binarizada con los porcentajes asociados a la porosidad. Las imágenes originales se recortaron a un tamaño de 1800 x 1800 pixeles y se convirtieron a escala de gris con valores de intensidad entre 0 y 1. Como el brillo de la imagen varía en función de la concentración de maíz y cúrcuma, ya que produce una estructura específica del mismo, y también varía dependiendo de la iluminación, se empleó una binarización adaptativa a fin de calcular un umbral para cada píxel a partir de intensidad media local alrededor de la vecindad del píxel [³⁶]. Para ello se empleó la función de Matlab (2019) Binaria (1).

donde Imagen es la imagen en escala de gris; 'adaptative' opción de umbral adaptable localmente; 'ForegroundPolarity','dark', indica que el primer plano es más oscuro que el fondo; Sensitivity',0.4, establece un factor de sensibilidad para el umbral adaptativo de 0.4. Luego, mediante la aplicación de la función mencionada se obtiene la imagen Binaria la cual permite la visualización de áreas que corresponden a los poros. A partir de eso se hace un conteo de los pixeles con valor 1 y se divide por el área total de la imagen, el resultado se multiplica por 100 para obtener el porcentaje de área asociado a la porosidad del pan.

Prueba de calidad sanitaria de pan

La prueba de calidad sanitaria se estableció con el fin de evaluar la cantidad de colonias de hongos crecidas en el pan. Se estableció bajo un diseño experimental de bloques completos al azar con tres repeticiones para cada tipo de pan preparado con diferentes formulaciones. Se seleccionaron rebanadas de pan y se colocaron en bolsas de poliestireno previamente esterilizadas con alcohol. Las muestras se incubaron en espacio cerrado con una temperatura media de 24 ± 1 °C. La observación y cuantificación de las colonias fúngicas existentes se realizó a los 6 y 9 días de incubación. Las observaciones se realizaron según Hernández et al. [¹⁹]. El género del hongo se identificó según las claves taxonómicas [⁵]. Finalmente, se realizó el conteo de colonias de hongos, y el registro de datos.

Análisis estadístico y análisis de componentes principales

Análisis de la varianza. Las variables evaluadas que caracterizan a cada tipo de pan se analizaron mediante un análisis de varianza (P ≤ 0.05) (ANOVA), prueba de Tukey y DMS (Diferencias mínimas significativas). La compilación de los datos y todos los cálculos de las pruebas se realizaron con el software SAS (Versión, 2002) [³⁷].

Análisis de componentes principales (PCA). Se aplicó el ACP a los datos experimentales obtenidos para las variables evaluadas en panes de trigo elaborados con maíz y maíz y cúrcuma (día 1). El análisis se realizó utilizando el software R Project versión 0.10-47, con R Commander y el programa factoMiner y Fitopac (2.1).

Color

Los maíces (M1-M6), harinas nixtamalizadas (procedentes del maíz) y panes de trigo adicionados con HmcNx y con HmcNx y cúrcuma se muestran en la Tabla 1. Es posible observar diferentes tonalidades de los maíces debido al contenido de pigmentos presentes, como los carotenoides en los granos amarillos y las antocianinas y flabafenos en los azules o rojos [³⁸]. Así mismo es posible apreciar que los colores de los diferentes maíces adicionados al pan de trigo cambian las tonalidades de estos al compararse con el pan de trigo control (sin maíz adicionado), principalmente los que no llevan cúrcuma.

En la Figura 1 se presentan las coordenadas de color L*, a* y b* de los maíces, harinas, masas para pan de trigo y maíz (m1) y masas (m2) para elaborar pan adicionado de maíz y cúrcuma (Figura 1i) y de los panes de trigo adicionados con maíz nixtamalizado (panM) y de maíz y cúrcuma (panMC) medidos en tres días consecutivos (día 1, 2 y 3) (Figura 1ii). Los parámetros de color L* a* y b* de los maíces y harinas (trigo y maíz) tuvieron diferencia significativa (p < 0.05) al ser comparados sus valores medios. En la variable a*, los granos de maíz M1 (11.5) y M6 (14) presentan el 93.03 y 91.72% mayor con respecto al presentado por el maíz M4 (color amarillo claro) que tuvo un valor menor (0.96) (Figura 1i-a). Los valores encontrados en M1 y M6 están relacionados a tonalidades rojizas debido a la presencia de antocianinas y polifenoles [³⁹]. Con respecto a las harinas de maíz nixtamalizadas, los valores de a* disminuyeron significativamente (p ≤ 0.05), donde la mayor degradación de color fue para las harinas procedentes del maíz 1 (M1) de 11.6 a -0.49 seguidas del M2 (13.76 a 5.74). En los maíces (M2, M3, M4 y M5) la disminución de a* fue inferior al compararse el grano de maíz y su harina nixtamalizada 1.89 a -0.39, 2.92 a 1.12, 0.96 a 0.062, 3.04 a -1.6, respectivamente. Este cambio se debe a que durante el proceso de nixtamalización hay pérdidas de compuestos nutraceúticos que están relacionados con el color del maíz como ya ha sido reportado por otros autores [⁴⁰]. Con respecto al valor de a* para la harina de trigo el valor es similar al maíz M4, que es clasificado como maíz blanco. Los valores de b* de maíces y harinas son positivos, con tendencia a tonalidades amarillas, relacionado con la presencia de carotenoides, tal como lo han sugerido algunos estudios examinando productos alimenticios amarillos quienes han reportado a la variable b* como un importante predictor de contenido de carotenoides [⁴¹-⁴²]. Los maíces rojos y amarillos M1 y M5 obtuvieron los valores de 21.29 y 26.01. La harina proveniente de estos maíces, a pesar del proceso de nixtamalización no disminuyen sus valores. Sin embargo, en la masa elaborada procedente de esos maíces los valores son menores 19.03 y 21.37. Cabe mencionar que dentro de este rango de valores otros autores han reportado el valor de b* en el orden de 9.8-31.5 para especies C. pepo y C. moschata de color (subjetivo) amarillo blanquecino claro y amarillo claro, lo cual fue relacionado con contenido de carotenoides totales asociado principalmente a luteína, zeaxantina y betacarotenos [⁴³]. Con los resultados obtenidos en el presente estudio, el rango de valores obtenidos en la harina nixtamalizada y la masa de maíz conserva contenido de carotenoides, ya que otros autores han encontrado en esos niveles de b* componentes nutracéuticos. Además, también se observa (Figura 1i-b) que los maíces M1, M2, M5 y M6 incrementaron el valor de b* en las harinas, lo cual se atribuye a que durante la nixtamalización la adición de hidróxido de calcio origina tonalidades amarillentas en el nixtamal y como consecuencia en las harinas [⁴⁴].

Figura 1i Parámetros de color para grano de maíz, harinas nixtamalizadas y masas (1) - para elaborar pan adicionado con maíz y masas (2) para elaborar pan de trigo adicionado con maíz y cúrcuma.  

Figura 1ii Parámetros de color de pan de trigo adicionado con maíz y con maíz y cúrcuma (Día 1, 2 y 3). 

El valor de L* (ver Figura 1i-c) se incrementa significativamente en las harinas M1 y M3 (34%), M2 y M6 (45%), M4 (26%) y M5 (22%) con respecto a los granos de maíz de los cuáles proceden. Durante el proceso de nixtamalización parte del pericarpio se desprende, el cual se queda en el agua de lavado (nejayote) y en esta parte del maíz es donde se concentran la mayor cantidad de carotenoides y antocianinas [⁴⁴,⁴⁵]. Otros autores han demostrado que el parámetro L* se modifica en el proceso de elaboración de harina, cuando se utiliza el maíz para elaborar snacks; la L* se ve incrementada de 60.8 a 87.4, teniendo un valor inferior en harina hidratada (78.1) [⁴⁶]. En este trabajo, la harina de trigo (M0) L* (91) tiene el mayor valor en comparación con las harinas de maíz (Figura 1i-c), porque en la molienda seca se retira todo el pericarpio, mientras que, en las harinas de maíz, parte del pericarpio queda en el grano. De acuerdo con Itle y Eileen [⁴⁷], a mayor valor de L*, los amarillos son claros o claros blanquecino cuyos niveles se encuentran entre 81-83; valores de amarillo intensos o rojo naranja opacos se encuentran en un nivel de valores de L* entre 70 -75. De esta manera, mientras mayor es el valor de L*, menor contenido de nutracéuticos tiene. Esto significa que el maíz mejora la calidad nutracéutica de la masa de trigo. Se observa en Figura 1i-c que el valor de L* para maíz es menor que para harina y masa (1), consecuentemente pierde propiedad nutracéutica, sin embargo, los valores de la masa aún se encuentran en rango de valores donde se ha reportado contenido de carotenoides totales, esto corresponde al rango de valores entre 74-81, donde los valores más altos son para las masas provenientes de maíces M1, M4 y M5 (maíces amarillos). Igualmente, en estos maíces se encontraron valores superiores de L* y en los maíces azules y rojo más intenso (M2, M3 y M6) los valores fueron menores (30-40). Aguilar-Hernández et al. [⁴⁸] informaron que el valor de L* en olote y grano de maíz morado varían entre 9-25, donde el valor en olotes es mayor; así mismo en su contenido de antocianinas donde la cianidina se presenta en mayor concentración. Los resultados de los autores indicaron que a valores de luminosidad más bajos se relaciona con mayor contenido de antocianinas y un color morado oscuro de grano. El parámetro de color que se relaciona con el contenido de antocianinas es la luminosidad. En estudios llevados a cabo en 20 tipos de granos de líneas de maíz morado cuyos colores fueron clasificados visualmente como azul oscuro, rojo, morado azuloso, morado rojizo y morado intenso algunos autores encontraron que L* varía entre 5-50, relacionando colores oscuros si 0 ≤ L ≤ 50 y colores claros si 51 ≤ L ≤ 100 [⁴⁹]. Por otro lado, resulta evidente en la Figura 1i, que la masa elaborada con maíz y cúrcuma (2), modifica los valores de L*, a* y b*. Al compararse masas (1) y (2), en masa 2 se incrementa a y b* y disminuye L*, esto significa que se potencializan las propiedades nutracéuticas adicionando maíz y cúrcuma en la elaboración de masas para hacer pan.

Con respecto a los hallazgos encontrados en los panes, las coordenadas de color de pan de trigo adicionado con maíz y con maíz y cúrcuma muestran diferencia significativa (p < 0.05) entre los diferentes panes por día de evaluación (Figura 1ii), pero entre los tres días de evaluación no existieron diferencias estadísticas significativas en la mayoría de los parámetros de color como puede verse en la Tabla 4. Es posible observar en dicha tabla la comparación de valores medios de parámetros de color L*, a* y b* en los días 1, 2 y 3 del pan adicionado con maíz y maíz y cúrcuma. Los valores de a* en panM y panMC (Figura 1ii-a) presentan valores de-1.19-0.2 y -2.01-0.41, -1.19-0.2 y -2.01- 0.41 y finalmente, -1.17- 0.7 y -2.48 a 0.42 para los días 1, 2 y 3. Para el pan de maíz BM2, BM3 y BM6 se tienen valores positivos de a*, mientras que para los panes control BM0 y BM1, BM4 y BM5 se presentan valores negativos. Cuando se adiciona cúrcuma, los valores de a* se modifican presentando en el caso del pan control valor positivo (0.21) y el valor de BM6-C, se redujo al compararlo con BM6 (día 1), esto significa que a valores positivos de a*(+) se tiende a color rojizo.

Para b* (Figura 1ii-b) se aprecia un valor significativamente mayor en los panMC al compararse con los panes adicionados solamente de maíz. Aunque ambas muestras (panM y panMC) estuvieron dentro de una ventana de valores de 12.8 - 20.1 y 48.12-55.1, 12.7-20.3, 12.4-19.7 para los días 1, 2 y 3. En este sentido la presencia de la cúrcuma cambia el color de los panes a tonalidad más amarillenta, debido a la curcumina [⁵⁰]. Ho et al. [⁵¹], reportaron que el cambio de color en los panes está relacionado con los pigmentos de la cúrcuma, y compuestos fenólicos, que presentan reacciones de oxidación. Cabe señalar que los valores para el panM, al igual que la masa de maíz mencionada anteriormente, correspondió para BM1, BM4, BM5 y BM6 (pan proveniente de grano de maíz amarillos y rojizos). Sin embargo, el pan proveniente de maíz control (BM0) y adicionado con maíz azul tuvieron menor valor de b*, por lo tanto, menor contenido de carotenoides. Eso está descrito en la literatura; colores azules y morados son caracterizados por antocianinas principalmente mas no por contenido de carotenoides [⁴⁸,⁴⁹].

Con respecto a la luminosidad L* (Figura 1ii-c) en los tres días de evaluación del pan, hubo un menor valor para los panes de maíz y cúrcuma al compararlos con los valores del pan de maíz. Los rangos de valores de L* en pan, panM y panMC, estuvieron entre 63.9-71.19 y de 57.72-63.4, 64.8-71.1 y 55.14-63.5 y, 63.8-71.1 y 58.5-63.13 para el día 1, 2 y 3, respectivamente. Es posible decir que la presencia de la cúrcuma aumenta el poder nutracéutico del pan como se ha demostrado en trabajos previos [¹⁹]. Así mismo se observa, que los panes sin cúrcuma muestran valores diferentes de luminosidad en su miga, siendo los valores para las muestras de pan BM2, BM3 y BM6 procedentes de maíz azul (M2 y M3) y rojizo (M6) los de menor valor de L*. El color de la miga en el pan es usualmente asociado con el color de la materia prima y sus interacciones entre sus ingredientes, así al modificar ingredientes de maíz y maíz y cúrcuma la dimensión de color L*a*b* es modificada significativamente, entre los panes. No así entre todos los parámetros de colores por día evaluados.

Nuestros resultados indican que el color del pan no se modifica en la mayoría de los panes panM y panMC en L*, a* y b* en los tres primeros días después de su elaboración (Tabla 4). En el pan de maíz, la componente a* fue la que presentó los mayores cambios, ya que disminuyó su valor en BM1(7.5%), BM5 (2.6%) y BM6 (16.9%). En relación con los panes de maíz y cúrcuma, principalmente la componente b* presento las mayores modificaciones incrementándose al segundo día de evaluación de color para BM2-C (25.49%) y BM6-C (16.06%).

En general, nótese que las mayores diferencias en color en espacio Cielab (∆E) entre las muestras evaluadas (Tabla 5-sección A) entre maíz, granos de maíz y pan de maíz y cúrcuma fueron encontradas cuando se comparan tanto los granos de maíz y harina de maíz con el pan de trigo adicionado de maíz y cúrcuma. Siendo los mayores cambios (∆E = 53.06) entre la harina de trigo y el pan adicionado con maíz y cúrcuma. Seguidos de las diferencias ∆Emaíz-panMC y ∆Eharina-panMC para maíces M2 (52.46) y M3 (46.05) y M4 (48.01) y M3 (47.29), respectivamente y así mismo las diferencias ∆EpanM-panMC encontradas para los panes procedentes de maíces M4 (38.939) y M5 (36.221). Por otro lado, las menores diferencias fueron las encontradas ∆Eharina -panM entre harinas y panes procedentes de maíces M1 (8.2) y M3 (11.19) y ∆Emaíz-panM en M4 (6.378) y M5 (10.42).

En la sección B de la misma Tabla 5, también es posible observar las diferencias entre las masas de los maíces y la harina, y las muestras de pan. Como se puede observar las mayores diferencias entre el grano de maíz y la masa (1) ( ∆Em-masa (1)) , se da al comparar las masas procedentes de los maíces M2 y M6 seguidos de M1 y M3. Diferencias menores de color la presentaron los maíces M4 (14.02) y M5 (16.9); lo cual coincide con los cambios en color encontrados entre el grano de maíz y la harina. De esta manera se podría decir que hay menor degradación por proceso de nixtamalización de los maíces amarillos, además que se compensa con la propia reacción del color del maíz debido al proceso de nixtamalización [⁵²]. En la segunda columna de la Tabla 5 en la misma sección (B), se observa que la diferencia mínima se encuentra entre los colores de la harina y las masa (1) de los maíces M1 (5.20), M4 (8.00) y M5 (8.98), resulta evidente que existen menores cambios en el proceso de harina a masa que con respecto a la conversión de grano a harina. En relación, a las diferencias de color entre masa y pan de maíz ( ∆Emasa 1-PanM ) coincide en tener los menores cambios entre las comparaciones de M4 (8.16) y M5 (8.23) y sus respectivos panes BM4 y BM5. Las diferencias de color, es posible observar, son mayores cuando se hacen las comparaciones del grano de maíz, la harina de maíz nixtamalizado y la masa (2), que es la que se elaboró adicionando maíz y cúrcuma. Donde claramente se atribuyen los cambios en el color debido a la cúrcuma agregada en la masa (2) elaborada. Los cambios de color ∆Em-masa (2) , ∆Eh-masa (2) , ∆Emasa 2-PanMC ; variaron entre 40.44-65.96, 38.47-58.48 y 11.23-21.04 y las diferencias de ∆Em-masa (1) , ∆Eh-masa (1) , ∆Emasa 1-PanM fueron entre 14.02-46.69, 8-15.02 y 8.16-13.8. De esta manera, es necesario proponer alternativas de alimentos y sus respectivos procesos de elaboración adicionando maíz criollo donde se conserve lo mejor posible su poder nutracéutico, aunque también se podría considerar adicionar otros elementos bioactivos complementos. En este caso se plantea el uso de la cúrcuma, la cual se ha demostrado produce los mayores cambios de color, a la concentración del 3% de adición, donde ha sido reportado que aún está en el rango de aceptación en las preferencias sensoriales de las personas en otros estudios, donde las concentraciones preferidas están entre 2-6% principalmente [¹⁸,⁵³,⁵⁴].

En la prueba de reproducibilidad experimental se encontró de acuerdo con el análisis estadístico realizado en las variables L*, a* y b*, haciendo el análisis de varianza y la comparación de valores medios de los panes BM1 (1, 2 y 3), que no existieron diferencias estadísticas significativas en ninguna de los parámetros de color (Tabla 6). Cabe señalar que todas estas variables se encuentran dentro del rango de valores que corresponden a color amarillo, naranja y rojizo asociado a contenido de carotenoides [⁵⁵]. Aunque la variable relevante asociada al color amarillo es la b*. Estudios realizados en jugo de naranja con valores de b* entre 60-76, sugirieron correlación positiva con el contenido de-critoxantina, -criptoxantina, -caroteno y -caroteno de acuerdo con Meléndez Martínez et al. [⁴¹]. Otros autores asocian valores de b* en el rango límite inferior de 9.8 con contenido de luteína y carotenoides totales, en cierta especie de calabaza de color amarilla clara blanquizca [⁴⁷]. El contenido de carotenoides y parámetros de color CIE L*a*b* se han correlacionado en granos de maíz hibrido (Zea Mays L.) amarillo demostrando presencia de Lutein, Zeaxantina, β-cryptoxantina β-caroteno y carotenoides totales. En el pan elaborado a partir de maíz nixtamalizado, se degrada, pero aún se localiza en rango de valores en B, donde se presenta contenido de carotenoides totales [⁵⁶].

Otra perspectiva de resultados del pan en el día 1 se muestra en la Figura 2, donde se representan las coordenadas “xy” para ubicar la región del tono de color de las muestras. El eje “x” es la proporción relativa de rojo y la “y” es la proporción relativa de verde. Se observa en la Figura 2a que los maíces y las harinas (provenientes de los maíces) se ubican en “x” y “y” entre los valores de 0.31-0.41, 0.32- 0.4 y 0.3-0.36, 0.32-0.39, i.e. el proceso de obtención de harina nixtamalizada (transformación de maíz a harina) modifica el color. De esta manera ocupa distintas coordenadas “xy” en el triángulo cromático CIE. Se aprecian una variación de rango de en “x” (0.1 a 0.06) y “y” (0.08-0.07). En la Figura3b, se observan las coordenadas “xy” para el grupo de panes de maíz (x = 0.33-0.37 y y= 0.345 -0.39) y los panes de maíz y cúrcuma (x=0.4-0.45 y 0.44-0.48), en este último grupo se ubican los panes en las coordenadas de color más aproximado a los amarillos. Diferencias en las coordenadas de color se distinguen entre panes de maíz y maíz y cúrcuma apreciando en este espacio de color, las diferencias de los tipos de panes evaluados.

Figura 2 Coordenadas “xy” del tono en el triángulo cromático CIE (punto acromático neutro x=0.333, y=0.333) a) Maíces y harina proveniente de maíces criollos b) Pan de trigo adicionado con maíz y con maíz y cúrcuma. 

Figure 3 Curvas de análisis de perfil de textura a) Pan adicionado con maíz más control (pan de trigo) and b) Pan adicionado con maíz y cúrcuma más el pan control (pan de trigo adicionado con cúrcuma. 

Análisis del perfil de la textura del pan (TPA) y porosidad

Los datos del TPA para los panes de maíz sin (Figura 3a, c y e) y con cúrcuma (Figura 3b, d y f) a diferentes días se muestran en las Figura 3. En un análisis de TPA, se simula el esfuerzo de la mandíbula al morder los alimentos, mostrando que las características de textura de los alimentos sean más predecibles. En las figuras se observan cambios en la fuerza para los diferentes tratamientos, en la cual no hay fracturabilidad. Así mismo, la dureza, que es el pico más alto en el primer ciclo de la curva de TPA es mayor en todos los tratamientos, mientras que en el segundo ciclo se observa un menor valor, resultado de la deformación que el pan presenta cuando se comprime y del grado de recuperación que tienen cada uno de los panes. Es evidente que la presencia de la cúrcuma influye en la curva de TPA, así como los días de medición. Para el día 1, se observa en la Figura 3a, que la curva del pan BM3, mostró los valores de fuerza menores en ambos ciclos de compresión, respecto a los demás tratamientos. Sin embargo, cuando se adicionó cúrcuma (Figura 3b), los valores de fuerza aumentaron aproximadamente el 80% para el pan BM3-C. En el pan control, elaborado con harina de trigo, mostro un comportamiento similar porque en BM0 la dureza fue de 7.64 N y en BM0-C de10.91 N.

Los resultados están de acuerdo con los reportados por Hernández et al. [¹⁸], quienes adicionaron cúrcuma a diferentes concentraciones en pan, reportando incrementos en la dureza a las diferentes concentraciones de cúrcuma. Por el contrario, para el pan BM6 los valores disminuyeron alrededor del 38% de 12.33 N a 8.95 N en el pan BM6-C. También, en el pan BM5 hay una reducción aproximadamente de 33%, respecto con la dureza del pan BM5-C. En el día 2 de almacenamiento es evidente el aumento de la dureza en todos los tratamientos (ver Figura 4c y d). En los panes BM2, BM3 y BM6 disminuyó la dureza 63%, 49% y 24.5%, respectivamente cuando se adiciona cúrcuma, lo que representa un resultado importante en relación con la vida útil del pan. Estos panes provienen de maíces M2, M3 y M6 de coloración azul y rojo. La presencia de antocianinas en estos maíces está relacionada a la coloración y estos compuestos nutracéuticos con propiedades antioxidantes, al combinarse con la cúrcuma, retarda el envejecimiento del pan. Por el contrario, en los panes BM0, BM1, BM4 y BM5 muestran un aumento en la dureza del 34%, 75%, 54% y 15% cuando se adiciona cúrcuma, respectivamente. Cabe mencionar, que pan BM0 es el control elaborado con harina de trigo, el BM4 contiene maíz blanco, BM1 maíz amarillo y BM5 maíz amarillo-naranja; los cuales por la coloración que presentan contienen mayor contenido de carotenoides. Por consiguiente, es muy importante denotar que el uso de harinas de maíces criollos nixtamalizadas que contienen antocianinas al combinarlas con cúrcuma produce un sinergismo en beneficio que permite prolongar la frescura del pan. En el día 3, los incrementos de dureza respecto al día 2 no muestra grandes cambios; sin embargo, en los panes BM0, BM1, BM2, BM4 y BM5 hay un aumento de la dureza cuando se adiciona cúrcuma del 18.5%, 89%, 28.47%, 19.5% y 49.7%, respectivamente. Es importante denotar que en el pan BM1 que contiene harina de maíz amarillo mostró los incrementos más altos en la dureza cuando se adiciona cúrcuma en los días 2 y 3. Este hallazgo ha demostrado con alta probabilidad, que la presencia de carotenoides en combinación con cúrcuma incremente al paso de los días la dureza del pan. Por lo que se recomienda consumir en los primeros días o sino hacerlo tostado para mantener aceptación sensorial adecuada por posible consumidor. Mientras que la presencia de antocianinas si muestran efecto positivo en reducir la dureza del pan en los días de almacenamiento.

Figura 4 Análisis de porosidad de pan a) imagen digital, b) imagen en escala de grises y c) imagen binaria. Medias ± desviación standard de porosidad, valores con diferente letra en renglón respectivo son estadísticamente diferentes (ρ < 0.05). 

De la curva TPA se pueden obtener los parámetros de cohesividad (relación del área del segundo ciclo entre el área del primer ciclo), elasticidad (distancia de recuperación del primer ciclo de compresión), masticabilidad (dureza x elasticidad x cohesividad) y resiliencia (área de descompresión del primer ciclo entre el área de compresión del segundo ciclo); los datos se muestran en la Tabla 7. Respecto a la elasticidad los datos no muestran diferencia significativa con los días, tratamientos e interacción entre ambas. El pan se sometió a una deformación del 20% de compresión, que corresponde a 3 mm y los valores muestran una recuperación entre 87% para el pan BM0 en el día 3, que presentó una elasticidad de 2.628 mm, mientras que en el pan BM0-C la recuperación fue de 98%. En la cohesividad no hay diferencia significativa entre los tratamientos ni la interacción entre días y tratamientos; sin embargo, hay diferencia significativa en los diferentes días, siendo el día 1, el de mayor valor. En cuanto a la masticabilidad y resiliencia existe diferencia significativa entre los días y tratamientos, así como en sus interacciones. La masticabilidad está relacionada con la dureza, ya que representa la energía necesaria para la masticación. Sin embargo, hay otros factores que influyen en la masticabilidad, como la adhesividad del material o la cohesividad. El tratamiento que mostró el mayor valor de masticabilidad fue BM4-C en el día 2, mientras que el más bajo fue en el día 1 para BM3, 78% menor. En los datos de masticabilidad también se observa que su valor incrementa respecto al tiempo, lo cual se relaciona con la pérdida de humedad y frescura del pan. La resiliencia, que es la capacidad que presentan los materiales para recuperarse, muestra diferencia significativa entre los tratamientos, días e interacciones. El mayor valor lo presenta el tratamiento BM5-C en el día 5 y el menor fue BM1 en el día 2. Los valores de textura más afectados fueron la masticabilidad y la dureza.

Aleixandre et al. [⁵⁷], mencionan que la estructura y textura del pan dominan el comportamiento de la masticación. La incorporación de cúrcuma en el pan incrementa la curcumina, el contenido de fenoles y actividad antioxidante como lo mostraron Lim et al. [⁵³]. Por lo tanto, es recomendable adicionar en la formulación del pan, la cúrcuma y HmcNx para mejorar sus propiedades funcionales, además de que el maíz tiene menor índice glucémico que el trigo y podría apoyar en la disminución de este índice en el pan para consumo de la población, principalmente el maíz criollo azul y morado [⁵⁸].

En relación con la porosidad (Figura 4), se tiene que esta aumenta en todos los panes adicionados con HmcNx al compararse con el pan de trigo. Con incrementos máximos para BM2 (> 100%) y BM3 (> 100%). De la misma manera, en los panes adicionados con HmcNx y cúrcuma, también se observaron incrementos encontrándose los mayores incrementos en BM3-C y BM2-C, al ser comparados con BM0-C de 72 y 43 %. En la literatura se ha reportado un aumento de porosidad debido al incremento del tiempo de fermentación [⁵⁹-⁶⁰]. En este estudio fue encontrado que la porosidad se incrementa mediante la adición de otro tipo de harina, como la HmcNx, así mismo al adicionar especies como la cúrcuma en polvo, conduce a cambios estructurales y en consecuencia en sus propiedades termo-físicas. Zanoni [⁶¹], demostró como el pan (deshidratado) incrementa la difusividad térmica en función del incremento de la porosidad del pan, con valores entre 2.25-5.25 ×10 m/s para un nivel de porosidad que varió de 0-80%. De esta manera, la porosidad del pan se modifica y está relacionada a las propiedades térmicas del pan en función de los aditivos a la harina que se incorporen, así como la deshidratación que este tenga.

Calidad sanitaria del pan

De acuerdo con los resultados existieron diferencias estadísticas (p < 0.05) en la cantidad de colonias de hongos encontrados entre los diversos panes elaborados. La Figura 5 muestra el comportamiento de la aparición de colonias de hongos, por día durante los 9 días que duró la prueba, en las muestras de panes adicionados con HmcNx, panM (BM0, BM1, BM2, BM3, BM4, BM5 y BM6) y panMC (BM0-C, BM1-C. BM2-C, BM3-C, BM4-C, BM5-C y BM6-C). Se observa que en ambos panes los hongos aparecieron a partir del sexto día, teniendo la mayor cantidad de hongo (en el sexto día) el pan de trigo control (sin HmcNx - BM0), seguido de pan de trigo control con cúrcuma (BM0-C), presentando una reducción del 33.33% de colonias de hongos en relación con el BM0 (sin cúrcuma). Esta disminución de cantidad de colonias de hongos entre panes BM0 y BM0-C, se mantiene todos los días de duración de la prueba. Confirmando de esta manera un efecto fungistático de la cúrcuma y sus componentes bioactivos que ha sido reportado por otros autores, donde la calidad del pan se modifica debido a la adición de cúrcuma [¹⁸]. Otro aspecto interesante encontrado con este estudio es el pan adicionado con HmcNx al 10% (sin y con cúrcuma) en sus distintos colores también influyeron en la calidad sanitaria del pan. En los panes sin cúrcuma (Figura 5a), se observa en general, que todos los panes adicionados con HmcNx presentaron menor cantidad de hongos. Al comparar pan de trigo (control) con panes panM el noveno día de evaluación; los panes BM4 y BM5 (que fueron los que más hongos presentaron), tuvieron una reducción del 51.5 y 57.5 % de cantidad de colonias de hongos. Panes BM1 y BM3 seguido de BM6, mostraron la mejor calidad sanitaria, con una reducción de hongos con respecto al control (pan de trigo) de 100, 90 y 72%. Estos panes fueron adicionados con maíces rojo y azul cuyos elementos bioactivos son principalmente antocianinas [³⁹]. Tanto las antocianinas como la nixtamalización i.e. cocción de los granos de maíz en Ca(OH)_2, se han reportado inhiben crecimiento de hongos [⁶², ⁶³]. Nuestros resultados sugieren que la adición de maíz nixtamalizado (preparado con hidróxido de calcio) hace un efecto sinérgico con las antocianinas del maíz que producen una inhibición en el desarrollo de hongos en pan de trigo de acuerdo con la formulación establecida y las características de maíz empleado. En el caso de las antocianinas los efectos contra patógenos fúngicos se han sugerido para proteger las hojas jóvenes de plantas [⁶⁴]. Los hallazgos obtenidos al comparar las medidas de color del grano y la harina nixtamalizada es que existen cambios como resultado del proceso de transformación a harina nixtamalizada y posteriormente a pan. Además, es posible comprobar que las propiedades antifúngicas de los componentes bioactivos de maíz persisten, así como el color que aún en el pan se observa. Del mismo modo, el pan de trigo adicionado con maíz y cúrcuma disminuyó la cantidad de hongos (21.21%), al ser comparado con pan de trigo (control-sin cúrcuma). Los panes adicionados con maíz y cúrcuma con mejor calidad fueron BM1-C y BM5-C, con una reducción de cantidad de hongos de 100 y 92.3%. La reducción de la cantidad de hongos en los panes panMC está ligada tanto al poder fungiestático de la cúrcuma sumada al poder bioactivo de distintos componentes del pan como antocianinas y carotenoides de los tipos de maíz empleados en la elaboración de estos respectivos panes. De tal manera que, al ser disminuida la cantidad de hongos asociada al pan, se podría decir que también estos elementos y procesos empleados para su elaboración podrían permitir extender la vida útil de este y así eliminar o disminuir el uso de conservadores. Pero es necesario seguir haciendo repeticiones del experimento que permitan definir si estas condiciones de pan alargan la vida útil del pan y en qué condiciones de temperatura y humedad.

Figura 5 Colonias de hongos en pan a) pan de trigo adicionado con maíz criollo y b) pan de trigo adicionado con maíz y cúrcuma. 

Análisis de componentes principales (ACP)

En la Figura 6 se muestra el ploteo del análisis de los componentes principales de las variables (L*, a*, b*, C*, h* IA, IB, Cohesividad, Elasticidad, Masticabilidad, Resistencia, Porosidad, entropía, porcentaje de humedad, No. De colonias de hongos a 6 y 9 días) del pan a) pan adicionado con maíz y b) pan adicionado con maíz y cúrcuma. En la Figura 6a, se observa que existen 4 conglomerados (I. BM2, BM3 y BM6; II. BM1, BM5, III. BM4 y IV. BM0); Se nota que las similitudes en los grupos I y I, se deben al comportamiento similar de variables porosidad, entropía, a*. masticabilidad, h* y b*C*, L, No. de colonias de hongos a 6 y 9 días, respectivamente. Existiendo correlación positiva entre las variables de color IB, L, C* y b* (forman entre ella ángulos menores a 90°), negativa entre IB y IA (ángulo mayor a 90°). La correlación más fuerte entre las variables de color y características del pan se encuentran con la cantidad de colonias de hongos evaluados en los mismos, tanto a los 6 días como a los 9 días. Siendo las componentes de color IB y L* fuertemente correlacionadas con la cantidad de colonias de hongos. Esto significa que los panes más blancos, tuvieron mayor cantidad de colonias de hongos, mientras que una menor cantidad fue presentada en los azules (M2 y M3) y rojo (M6). En el caso de los colores azules se han reportado en estudios con ratones que el nivel glucémico es menor [⁵⁸]. En la evaluación de calidad sanitaria llevada a cabo en el pan evidenciaron diferencias entre la cantidad de colonias de hongos desarrolladas en pan adicionado con HmcNx en general y el pan de trigo (control-BM0). Puesto que el maíz empleado es criollo nixtamalizado, pudiera agregarse como otro factor, el hidróxido de calcio (Ca(OH)₂) el cual produce un efecto alcalino. Algunos autores han encontrado efectividad de Ca(OH)₂ para control de hongos en plantaciones a ciertas dosis [⁶⁵]. Por otro lado, es notado en la evaluación de calidad sanitaria, en las muestras de pan de maíces de color azul y rojo una menor cantidad de colonias de hongos desarrollada a los días de la evaluación de la prueba y forman un grupo con comportamiento similar en variable de textura (masticabilidad), porosidad y en la componente de color a*. Observándose una relación inversamente proporcional de esta componente con la cantidad de hongos asociada al pan, a mayor nivel de a* existe menor cantidad de colonias de hongo desarrolladas en los distintos tipos de panes.

Figura 6 Análisis de componentes principales de variables características del pan a) pan adicionado con maíz y b) pan adicionado con maíz y cúrcuma. 

La Figura 6b muestra el ploteo del ACP de las variables estudiadas en pan adicionado con HmcNx y cúrcuma donde se contemplan cuatro grupos de panes con similitudes. Donde uno de estos grupos lo forman los panes adicionados con maíz azul BM3-C y BM3-2, seguidos en similitud con el grupo formado únicamente con el pan BM6, del maíz rojo. En general ellos coinciden en comportamiento de diversas variables como lo es el índice de blancura, porosidad, masticabilidad, elasticidad, número de colonias de hongos a los 9 días. Sin embargo, los panes del grupo 3 (BM0 y BM1) y 4 (BM4 y BM5) tienen similitud en comportamiento de componentes de color L*, a*, b*, h* e IA. Se observa que IA, está fuertemente correlacionado con L y b* ya que forman en ángulo entre ellos de menos de 10°. Seguidos de otra correlación alta entre las variables de color L*, IA y b* con los vectores que representan las variables h* y a* (formando un ángulo < 45° entre ellas). El mayor índice de amarillez se debe a la adición de cúrcuma en el pan, el cual es distinguido al adicionarse en maíces amarillos y en menor grado en maíces azul y rojo. La componente de color con la que tiene mayor correlación la calidad sanitaria es la componente a* seguida de la h* (entre ellas forman un ángulo < 90°). Los efectos fungicidas de los compuestos bioactivos adicionados al pan del maíz y la cúrcuma, hacen que se mejore en general la calidad del pan, como antes fue mencionado.

Finalmente, en la Figura 7 se puede visualizar el mapa de calor (heat map) que corresponde a la magnitud obtenida de las variables. Identificando visualmente las variables que poseen mayor variación de color, que corresponde a mayor variación de magnitudes obtenidas de las mismas en relación con los diferentes tipos de pan elaborados. Se sintetiza el comportamiento de las 17 variables evaluadas (color: L*, a*, b*, C*, h*, IB, IB, delta E (∆E); textura: Cohesividad, elasticidad, masticabilidad, resistencia y parámetros característicos del pan como porosidad, entropía, % de humedad y finalmente datos referentes a la calidad sanitaria del pan: No. de colonias de hongos a los 6 y 9 días. En general, se aprecia que las variables de color que más modificaron sus características fueron: color (L*, b*, C*, IB, IA y ∆E). En parámetros texturales, la variable que presentó mayores cambios fue la masticabilidad, y otros valores característicos modificados la porosidad y humedad, finalmente en la calidad sanitaria evaluada a través de la cantidad de colonias de hongos, se observan los mayores cambios al noveno día, distinguiéndose desde el sexto día diferencias de todos los panes, con respecto al pan de trigo BM0 (Control).

Figura 7 Mapa de magnitudes de cada tipo de pan evaluado en sus distintas características de color, texturales sanitarias, etc. (1. L*, 2. a*, 3. b*, 4. Cohesividad, 5. Elasticidad, 6. Masticabilidad, 7. Resistencia, 8) Porosidad, 9) Entropía, 10. % de humedad, 11. No. De colonias de hongos a los 6 días, 12. No. De hongos a los 9 días, 13. C*, 14*h*, 15. IB, 16. IA, 17. ∆E . 

Existen varios motivos para promover el aprovechamiento de maíz criollo combinado con cúrcuma o solo en la elaboración de pan “hibrido”, ya que mejora la calidad sanitaria, calidad nutritiva y podría tener menor impacto hipoglucemiante principalmente los maíces azules y en menor medida los maíces amarillos. Dentro de intervenciones educativas, necesarias en tiempos de Covid-19, podría ser el crear un cambio de hábito dirigido a la auto-elaboración de sus productos alimenticios o así mismo la industria ofrecer productos adicionados con elementos como los utilizados en la presente investigación que han sido demostrado ser favorables: harina de maíz criollo de colores nixtamalizado y la cúrcuma.