Introducción

Para garantizar la seguridad alimentaria mundial, es necesario transformar los sistemas alimentarios y agrícolas, proporcionar oportunidades económicas y sociales, además de aumentar la resiliencia ante el cambio climático (^{FAO, 2016}). Una posibilidad real es usar ampliamente la materia orgánica producida, reduciendo las pérdidas (productos de desecho) y diversificar los productos finales. Esto surge a partir de las limitaciones para aumentar la productividad y superficie agrícola. La diversificación de la producción agrícola se vería reflejada en una ganancia económica, por la elaboración de productos, la rotación agrícola, uso de agro-químicos, contaminación, más fuentes de empleo, y menos pérdidas en la producción. Un producto suceptible para diversificar es la calabaza, en unicultivo o en asociación con otros cultivos.

La calabaza es uno de los vegetales de mayor importancia en los sistemas agrícolas tradicionales del mundo (^{Subbaiah, 2016}) y de mesoamérica. Los productores acumulan experiencia para producirla; sin embargo, no hay suficiente tecnología que ayude a incrementar la productividad y rentabilidad del producto (^{Ayvar et al., 2007}). Las calabazas han sido cultivadas por milenios en el continente americano, principalmente por sus frutos (ricos en carbohidratos y vitaminas), pero también por sus semillas con alto contenido en aceites y proteínas. Son fáciles de propagar, crecen rápidamente en desechos orgánicos y producen alimentos de alta calidad. Las especies de calabaza son muy variadas, sobre todo por la forma, el tamaño y el color de sus frutos (^{Muschler, 2008}), (Figura 1).

La calabaza es uno de los vegetales de mayor importancia en el mundo, pues se utiliza como alimento. En México la producción de calabaza es de 133334,96 toneladas; ocupando el estado de Zacatecas el primer lugar en cosecha de semilla de calabaza con 6550,32 toneladas, el segundo lugar lo ocupa el estado de Guerrero con 4926,86 toneladas y Campeche el tercero con 4185,08. El género consta de un total de 20 especies, cinco de las cuales son cultivadas. México es un importante centro de diversidad del genero Cucúrbita, cultiva cuatro de las cinco especies domesticadas, y las otras 11 especies se encuentran en estado silvestre (^{Ayvar et al., 2007}). La diversidad genética es muy amplia, especialmente en especies, forma, tamaño y coloración del fruto, cantidad de semilla producida, calidad y grosor de la pulpa, entre otras características (^{Sánchez-Hernández, 2000}). La calabaza es un fruto de gran valor nutritivo por su elevado contenido de carbohidratos, fibra soluble, proteína, aceite de compuestos carotenoides, precursores de la vitamina A, el β caroteno, la criptoxantina y la luteína (^{Hernández, 2009}). A la calabaza se le conoce como ayote o zapallo y se aplica a plantas con frutos cornudos que se comen (Cucúrbita moschata, C. pepo, C. máxima) (^{González, 2016}). Las semillas son planas, ovales, de color verde claro, dentro de un casco o cáscara, su aprovechamiento es con fines comestibles y medicinales (^{Applequist, 2006}). Se le clasifica como una oleaginosa abundante en proteína, aminoácidos esenciales, grasa poliinsaturada, fitoesteroles, minerales y vitaminas (^{Gohari, 2011}; ^{Martínez, 2012}; ^{Habib, 2015}). El aceite de semilla de calabaza proporciona grandes beneficios a la salud. Es altamente insaturado con niveles que van desde 60 % al 90% de ácido oleico y linoleico. Por lo anterior es importante evaluar, la harina de semilla de calabaza mezclada con harina de maíz para elaborar totopos, al igual que las características físicas y químicas de las diferentes partes de la semilla de calabaza de castilla (Criolla) (Cucúrbita spp.), con fines de aprovechamiento, innovación y aplicación en sistemas agroindustriales.

Método

Se utilizó semilla de calabaza de castilla criolla (Cucúrbita spp.) producida en Villa de Ramos, San Luis Potosí, México. El área de estudio, tiene como climas predominantes el seco templado (Bsk) y el seco semicálido (BS h), presenta una temperatura media anual que oscila entre los 16 a 18ºC, una precipitación pluvial media anual de 400 mm, y una vegetación predominante de matorrales rosetófilo y micrófilo. La semilla se seleccionó siguiendo las costumbres de la región, esto es, de la cosecha anterior se toman las que tienen mejor apariencia fenotípica (tamaño, forma, color), con ayuda de un vernier se midió, el largo, el ancho y el grosor. Las semillas se sometieron a diferentes análisis, tal como se indica a continuación.

Análisis proximal. Se evaluó el contenido de humedad (^{Nollet, 2004}); de proteína mediante ^{A.O.A.C, Official Methods of Analysis 15, edition.1990, 954.01}; de grasa con ^{NMX-F-312-1978} y carbohidratos totales con ^{NMX-F-089-1978}. Todos los análisis se hicieron por triplicado y se presentan los valores de media y desviación estándar. La evaluación se hizo utilizando el espectroscopio de absorción atómica.

Determinación del perfil de ácidos grasos. La determinación se realizó en aceite puro extraído de la semilla mediante cromatografía de gases, (Cromatógrafo de Gases Shimadzu GC-2010), utilizando una columna capilar VARIAN CP 7420. Se utilizó la técnica oficial AOCS Ce 1f - 96 (^{Millán, 2011}). El número de repeticiones fue de 100, con una seguridad estadística del 99%.

Molienda de la semilla de calabaza. Primero, la semilla de calabaza con cáscara y sin cáscara se molió en un molino (Thomas Wiley) de cuatro cuchillas, con malla de 2 mm; posteriormente la harina obtenida se volvió a moler, ahora en un molino (KRUPS GX410011), de dos cuchillas. La harina obtenida de la semilla con cáscara se tamizó mediante un agitador mecánico de cribas Modelo (LA-0441).

Aplicación tecnológica. Para evaluar la aplicación tecnológica de la semilla de calabaza se elaboraron totopos, realizando formulaciones en las cuales se mezcló harina de semilla de calabaza sin (SSC) y con cáscara (SCC), y harina de maíz comercial (M). Las harinas se mezclaron con base en 10 formulaciones consideradas como tratamientos (Cuadro 1). En el amasado de las harinas se agregó 10% de agua y 1,5% de sal, las harinas se amasaron hasta formar una pasta homogénea, luego, la masa se dejó reposar por 10 minutos. Posteriormente, la masa se colocó sobre una prensa metálica marca (Fial) para laminarla. Los totopos se cortaron con un molde en forma de triángulo (3 X 4 cm) y se colocaron en charolas de aluminio. Seguido, se sometieron a un horneado a 85°C por 1 h. Para evaluar la aceptación de los totopos, se realizó una evaluación sensorial con 16 panelistas entrenados. La evaluación se llevó a cabo en la Coordinación Académica Región Altiplano Oeste de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Se evaluó sabor, olor, color, textura, apariencia y dureza, mediante una prueba de ordenamiento y se seleccionaron las 3 mejores formulaciones, considerando un orden desde mejor a peor en cada muestra. Las 3 mejores formulaciones se evaluaron mediante un análisis proximal usando las mismas técnicas que se utilizaron para evaluar las semillas. A manera comparativa se determinó el contenido de aceite en la harina de maíz.

Resultados y Discusión

Largo, ancho y grosor de la semilla con cáscara. En el Cuadro 2 se muestran los valores promedio obtenidos mediante un análisis de varianza, los promedios fueron los siguientes: largo (20,61 mm), ancho (8,59 mm), grosor (2,51 mm). La varianza absoluta es de 3,18 mm para el largo, de 0,50 mm para el ancho y de 0,14 mm para el grosor; con una desviación estándar ± de 1,78, mm (largo), 0,71 (ancho), mm y 0,37 mm (grosor).

Mediante un análisis estadístico con la prueba de Tukey, se encontraron diferencias significativas (P<0,05) en largo, ancho y grosor; con lo que se determina que las semillas con cáscara presentan un desarrollo más completo en su tamaño.

Largo, ancho y grosor de semillas sin cáscara. En el Cuadro 3 se presentan los valores obtenidos, los resultados son muy diferentes a los de las semillas con cáscara (menor tamaño), lo cual indica que la cáscara es una parte significativa en la semilla. En promedio el largo es de 16,01 mm, el ancho de 6,70 mm y el grosor de 2,13 mm. La varianza absoluta es de 7,08 mm para el largo, de 0,48 mm para el ancho y de 0,17 mm para el grosor. Con una desviación estándar ± de 2,66 mm en el largo, de 0,69 mm para el ancho y de 0,41 mm para el grosor.

Fricción interna y externa en la semilla. Los valores de fricción interna µ𝑖 (ángulo de reposo estático) y fricción externa µ𝑒 (ángulo de reposo dinámico), obtenidos se muestran en el Cuadro 4.

Porosidad y densidad en la semilla. Los valores promedios obtenidos mediante un picnómetro de aire, se muestran en el Cuadro 5.

Densidad del aceite de calabaza. En la Figura 2 se presenta el cambio de la densidad del aceite de calabaza con la temperatura y con los valores de pH 5,73 y una conductividad de 6,254 [mS].

El perfil del cambio de viscosidad en relación de la temperatura se presenta en la Figura 3.

El perfil de la viscosidad permite por el cambio de temperatura un buen comportamiento líquido en los procesos de procesamiento como la mezcla con otras sustancias. La Isoterma de secado de la pulpa de calabaza con 40⁰ C y una atmósfera de presión en peso vs tiempo de secado (ecuación 1), muestra que este producto permite un excelente almacenamiento con un mínimo de pérdidas.

Datos de Secado de la Pulpa de Calabaza a 40°C y 1 Atmosfera de Presión:

En la Figura 4 se presenta el proceso de secado de pulpa de calabaza a diferentes temperaturas constantes y bajo una atmósfera de presión, garantizando no destruir contenidos importantes de masa orgánica.

A continuación se presentan diferentes ecuaciones de isotermos para el secado de pulpa de calabaza.

Isoterma de secado de pulpa 50⁰C y 1 presión atmosférica

Isoterma de secado de pulpa 60⁰C y 1 presión atmosférica

Isoterma de secado de pulpa 70⁰C y 1 presión atmosférica

Isoterma de secado de pulpa 80⁰C y 1 presión atmosférica

Isoterma de secado de pulpa 90⁰C y 1 presión atmosférica

En el Cuadro 6 se muestra información de calcio, magnesio y lípidos contenidos en la semilla de calabaza y en el Cuadro 7, los valores físicos y químicos de las diferentes partes de la calabaza.

En el Cuadro 8 se muestra información importante para desarrollar y diversificar productos de calabaza en el marco de generación de alimentos sanamente balanceados.

Análisis proximal de la semilla de calabaza. La humedad encontrada en la semilla sin cáscara fue de 4,45% y de 5,58 % para la semilla de calabaza con cáscara. Este valor está en el rango que ^{SAGARPA (2016)} menciona para un almacenamiento adecuado de granos y semillas (menos de 9 % de humedad). El contenido de humedad es similar a lo encontrado por ^{Habib (2015)} del 4,06% y por ^{Salgın (2011)} del 6,96 %. El contenido de proteína en semilla de calabaza sin cáscara fue de 24,36 % y del 28,92 % en semilla con cáscara (Cuadro 9), lo cual indica que la cáscara tiene aproximadamente un 4% de proteína. El contenido en carbohidratos totales fue de 6,99 % en semilla sin cáscara y de 5,57 % en semilla con cáscara. El menor contenido de carbohidratos en semilla con cáscara es debido a que uno de los principales componentes es la fibra, especialmente en la cáscara (^{Gohari, 2011}), de tal manera que esta disminuye el contenido de carbohidratos y de otros nutrientes como el aceite. El contenido de aceite en semillas con cascara fue de 35% y del 49% en semilla sin cáscara. El alto contenido de aceite se ve reflejado en los valores de fricción interna y externa. La fricción tanto interna como externa fue mayor en semillas sin cáscara, debido al mayor contenido de aceite. En general, la calidad nutrimental de la semilla de calabaza fue diferente en comparación con otras variedades de calabaza (Var. Stryriaka, Var. Tapatia, Var. Chata, Var. Inivit C-88) que se han estudiado, por ejemplo la proteína en las diferentes variedades cambia entre 25 y 40% y el aceite entre 31 y 50% (^{Rezig, 2012}; ^{Gohari, 2011}; ^{Petkova, 2015}).

Por el alto contenido de proteína y de aceite, la semilla se convierte en una fuente potencial para múltiples aplicaciones tecnológicas (eje. elaboración de nuevos productos alimenticios, biodisel). Para evaluar el tipo de aplicación más adecuada, una de las variables analizadas fue el perfil de ácidos grasos del aceite, mediante cromatografía de gases, el cual se realizó separando compuestos con un peso molecular menor a mil y a una temperatura máxima de 400^oC. El estudio mostró que el aceite está conformado por un 81% de ácidos grasos insaturados y un 19% de ácidos grasos saturados. Los principales ácidos grasos fueron el ácido linoleico (51,87 %) y el oleico (29,04 %) (Figura 5), similar a lo reportado por ^{Gohari (2011)} y ^{Grisales (2012)}. Los ácidos grasos omega 6 y omega 9 están relacionados con numerosos beneficios para la salud como prevención de enfermedades cardiovasculares (^{Alsina et. al., 2015}), menor riesgo de obesidad, síndrome metabólico, diabetes tipo 2 e hipertensión arterial (^{López-Miranda, 2008}).

La calidad del aceite y su alto contenido proteico convierten a la semilla de calabaza en una opción para la obtención de un producto alimenticio saludable (eje. Totopos). En la preparación de un producto con características optimas y de buena apariencia, se debe tomar en cuenta la materia prima, el proceso y el almacenaje, que en este caso comprende desde dividir el material (cribar), molerlo, mezclarlo y hornearlo. En el estudio se observó que entre más homogéneo es el tamaño de la semilla, más fácil resulta la molienda. Obtenidas las harinas se procedió al tamizado, para lo cual se utilizó un juego de cribas de 20 cm, de acero inoxidable, en un rango de 2mm a 16 mm. Cuando la partícula de semilla molida es igual o menor a 0,39 mm, se presenta sinéresis, provocando pérdidas superiores al 60% y que la harina se pegue en la criba. El tamaño óptimo de partícula para semilla con cáscara y sin ella, donde no se observó sinéresis y se logró tener una harina adecuada para preparar totopos fue de 0,84 mm para semilla con cáscara y de 0,59 mm para semilla sin cascara. Para el amasado fue necesario añadir agua y sal para el sabor, más no aceite, pues la semilla lo contiene en un alto porcentaje. Después del amasado se procedió a hornear utilizando un horno de microondas (evitando freír el producto), el horneado se facilitó debido al bajo contenido de humedad en la semilla y la poca agua añadida (10%). En el horneado se evitó subir la temperatura a más de 100°C para evitar oxidar los aceites y no afectar el valor nutrimental del producto. 60 minutos fueron suficientes para la cocción. Esta reportado, además, que la semilla de calabaza contiene una cantidad alta de antioxidantes que protegen contra los procesos de oxidación (^{Valenzuela et al., 2014}). La aceptación del producto obtenido se evaluó mediante un panel de 16 jueces entrenados que acostumbran consumir totopos por lo menos una vez a la semana. Las 10 muestras de totopos elaborados a partir de las diferentes mezclas de harinas se evaluaron mediante una prueba de ordenamiento (de mejor a peor). De las muestras evaluadas se seleccionaron las 3 mejores, en base al sabor, color, aroma, textura y apariencia. En general a los jueces les parecieron agradables los totopos, sin embargo las formulaciones seleccionadas fueron en primer lugar la que contenía 85 % SSC y 15 % M, en segundo lugar la muestra con 85 % SCC y 15 % M y en tercer lugar la muestra con 50 % SCC y 50 % M. El análisis nutrimental del producto (Cuadro 10), resulta interesante, pues el contenido proteico de los totopos, fue de 6,28% en la muestra elaborada a partir de 85% SSC y 15% M; de 5,45% en la muestra con 85% SCC y 15% M y de 3,29 % en la muestra con 50 % SCC y 50% M. Es claro que el contenido de proteína se debe a la semilla de calabaza. En el caso de los carbohidratos los valores fueron de entre 20 y 28%, resultado muy diferente y distante al de los totopos comerciales (que tienen entre 60 y 80 % de carbohidratos). Es importante resaltar que la mayor cantidad de carbohidratos del producto se atribuyen a la harina de maíz, ya que la semilla de calabaza contiene una cantidad muy baja. El contenido de cenizas está relacionado con la cantidad de minerales presentes en el alimento, las muestras con mayor contenido de harina de semilla de calabaza fueron las que mostraron la mayor cantidad de minerales.

El bajo nivel de humedad presente en el producto favorece la vida de anaquel, evitando el desarrollo de microorganismos. El contenido de aceite es elevado (entre 20 y 31%) y se atribuye a la harina de semilla de calabaza, pues la harina de maíz contiene un 4,86%. Como era de esperarse, el mayor contenido de aceite lo presentó la formulación elaborada con mayor composición de SSC, ya que la semilla de calabaza sin cáscara tenía un 15% más de aceite que la semilla con cáscara. Aunque el contenido de aceite en el producto es elevado, estos aceites contienen en su mayoría ácidos grasos omega 6 y 9, benéficos para la salud. En los productos elaborados con semilla sin cáscara, la sinéresis de aceite fue muy elevada; suponemos que la cáscara forma una barrera que atrapa el aceite; pues la diferencia en la cantidad de aceite de la semilla de calabaza con cáscara y sin cáscara es del 15%. La variación de aceite en los totopos que contenían 85% de SCC y 85% de SSC (ambos con 15% de semilla de maíz), fue de 10%. La diferencia (5%) es debido a pérdidas en la elaboración de la harina y del totopo. No se evaluó la pérdida de aceite en el almacenamiento, pero muy seguramente será mayor en los productos elaborados a partir de harina de semilla de calabaza sin cáscara. La fricción tanto interna como externa (medida en los tamaños de partícula que se consideran óptimos para evitar el apelmazamiento durante el cribado), fue menor en las harinas elaboradas a partir de semilla de calabaza con cáscara. Con este estudio se muestra que la semilla de calabaza es una fuente potencial para numerosas aplicaciones tecnológicas; por ejemplo ^{Gómez (2010)}, ^{Martínez (2010)}, ^{Escobar (2012)} la han utilizado en la elaboración de productos de panificación y pastas.

Conclusiones