Campo de la Invencion

La presente invención se refiere a un método de pasos de nixtamaiizacion y cocción del grano entero de maíz, para disminuir la perdida de material solido y soiubies orgánicos de maíz en los efluentes de desecho y mantener la integridad del grano de maíz nixtamalizado pre cocido para su ulizadón en proceso de molienda y deshidratadón para la manufactura de harina de maíz entero nixtamalizado. Ivlas particularmente a uno que logra ¡a hidrólisis de l pericarpio, paredes emulares y matriz protelca y gelatinización del almidón contenido en eí endospermo del grano de maíz, aumentando tos rendimientos de harina de maíz entero nixtamalizado pre cocida, mejorando la calidad nutricional, vida de anaquel, color, características organolépticas (aroma y sabor) de tortillas, botanas y productos a base de maíz nixtamalizado.

Antecedentes

La nixtamaiizacion del maíz es un proceso muy antiguo, desarrollado por los aztecas, el cual todavía se utiliza de manera generalizada entre los industriales de la masa y la tortilla para producir tortillas de buena caiidad y otros productos alimenticios. El proceso tradicional de nixtamaiizacion consiste en un cocimiento del grano de maíz en una solución alcalina con la utilización de una suspensión de cal grado alimenticio de 1 a 2% en peso del grano de maíz, las cantidades de agua utilizadas generalmente se encuentran en relación agua: maíz 3:1 a temperatura de ebullición durante 30 a 40 minutos. El cocimiento aplicado al maíz tiene la función de hidratar el grano, suavizar e hidrolizar el pericarpio, soíuoilizar proteínas y paredes celulares y gelatinizar parcialmente el almidón (Sema Saldivar et ai. 1990). Estos cambios físicos y químicos aumentan en la medida en que los granos son más pequeños, están más quebrados y o fracturados y la cal es más activa y soluble. Se considera que eí grano se está cociendo cuando la temperatura sobrepasa los 68 grados centígrados debido a que esta temperatura en conjunto con un medio húmedo se propician las primeras etapas de la gelatinización del almidón. Después de esta etapa de cocimiento el grano de maíz se deja reposar por lapsos de tiempo que se encuentran entre las 8 a 18 horas. El periodo de reposo (o descanso) post-cocimiento permite la difusión de la humedad dentro del grano para producir granos de nixtamal hidratados homogéneamente. Este fenómeno es de vital importancia para propiciar que el nixtamal libere al pericarpio y para lograr una buena molienda que resulte en una apropiada granulometría de la masa (Serna Zaldívar et a!., 1990, Sema Zaldívar et al 1991). No toda la cal es absorbida por el nixtamal durante el cocimiento y reposo. Se ha estimado que aproximadamente 20% de la cal es retenida por eí grano, la cual es iigada principalmente por el germen. ES nixtamal se hincha debido al efecto combinado de ia gelatinización, degradación parcial de la estructura del endospermo, degradadón-solubizaceon parcial de las paredes celulares y la soiubizacion parcial de la matriz protelca (Serna Zaldívar et al., 1990). Al maíz cocido se le denomina nixtamal y ai líquido de cocimiento se le denominanejayote . Transcurrido el tiempo de reposo se procede a un drenado del liquido de cocimiento (nejayote) y se procede a un lavado deí maíz cocido (nixtamal), tras este proceso se genera yrsa pérdida de material en seco del orden de 11 al 13%; (Bressani, 1990). Ei layado tiene las funciones de eliminar el pericarpio ya suavizado, el exceso de cal y el agua de cocimiento. El lavado debe de ser lo más uniforme posible con el propósito de conservar las gomas naturales del maíz (hemiceluiosas y otras fibras solubles) y no reducir o perjudicar ios rendimientos. Las gomas del maíz, ricas en arabinoxilanos ayudan a retener el agua e imparten flexibilidad y suavidad a la masa y las tortillas elaboradas con esta. Por otro lado, cuando se retiene un exceso de cal en el nixtamal, existe un oscurecimiento del producto debido a que propicia que los compuestos fenolicos generen tonalidades obscuras. Este maíz cocido y lavado se moltura en molinos de discos de piedra volcánica (muelas) para obtener una pasta suave y cohesiva, conocida como masa, el rango de temperatura de la masa fresca común en la industria cuando sale del molino es de 55-75 grados centígrados. La masa es utilizada principalmente para producir tortillas, las cuales son la principal fuente de calorías, proteínas y calcio para la población de bajos recursos económicos (Campus-Baypof et al. 1999). Actualmente, el consumo de tortillas y productos derivados son muy populares en países desarrollados (por ejemplo Estados Unidos de Norteamérica), los cuales son consumidos en diferentes platillos (Yau et aL, 1994).

Se han realizado investigaciones con el objeto de hacer más eficientes el proceso de nixtamalizacion tradicional (Bressani, et al. 1985; Vaquelro e. 1986). Estos estudios modifican la relación agua: maíz, concentraciones de cal grado alimenticio, reposo del grano cocido y molienda, existen estudios que proponen el uso de vapor a alta presión y temperatura (Stemer y Zane, 1984; Malvido et al, 1995; Martínez-Bustos et al., 2002).

También se han patentado procesos ecológicos de nixtamalizacion seca para la obtención directa de masa fresca sin producción de efluentes contaminantes de nejayote (Figueroa et al. , 2002; Figueroa et aL 2003).

La producción de harinas de maíz nixtamalizado a escala industrial utiliza diversos métodos basados en el cocimiento alcalino tradicional. Montemayor y Rubio (1983) describen procesos continuos y discontinuos (baches) de cocimiento del maíz para producir harinas instantáneas de maíz nixtamalizado. En ambos procesos la cal es mezclada con eí maíz y agua para su cocimiento en un dispositivo continuo con inyección de vapor. Ei maíz es cocido en esta solución alcalina y posteriormente lavado para remover parte del pericarpio y exceso de caí, finalmente se procede a un proceso de molienda y deshidraíadón. La patente mexicana 307096 propone un pre cocido de maíz entero con hidrólisis pardal del pericarpio, drenado de la soiudón alcalina, acondicionado en suspensión, lavado para eliminar el exceso de cai y taimente se procede a un proceso de molienda y deshidratadón.

Como se puede apredar, ninguno de tos métodos de nixtamalizadon mendonados modifican la secuenda del proceso tradidonal de nixtamalizadon, (Cocimíento del grano de maíz en una solución alcalina con pérdida de material en base seca por hidrólisis de fibra, proteínas, lipidos y carbohidratos solubles), reposo y lavado para retirar exceso de cal y una fracción d el pericarpio hídrolizado.

Aunque tos métodos y técnicas descritas pueden ser de utilidad para realizar la nixtamalizacion con menores porcentajes de pérdida de materia solida y soluble, su implementadón a escala industrial para la elaboradón de harina de maíz nixtamalizado con incrementos en materiales terminados, un método de nixtamalizadon con hidrólisis de pericarpio, soiubiíizadon pardal de paredes celulares y matriz protelca, con una merma reducida de materia solida y solubles y un control del grado de gelaíinizadón del endospermo del grano entero de maíz nixtamalizado todavía no es disponible en el mercado al momento de la presente invendón.

Sumaria general de la prestente invencion es la siguiente:

Un objetivo de la presente invendón es en un depósito de acondidonamiento el maíz con una soiudón de cai y un aumento gradúal de temperatura y reposo, propiciar una distribucion rápida y uniforme de la humedad y la cal soluble dentro de la estructura del grano de maíz entero y una hidrólisis parcial del endospermo, hidratactón de paredes celulares, matriz protelca y granulos de almidón sin generar gelatinizadón del almidón y disrrsinudón de cal no soluble retenida en el pericarpio pardalmente hidroiizado.

Otro objetivo de la presente invencóin es minimizar la cantidad de material orgánico soluble y en suspensión en ias aguas de desecho, un menor costo en el tratamiento de fas mismas y ia posibilidad de su reutilización dentro del mismo proceso por medio de un centrifugado continuo y separación de fases solidas

Otro objetivo de la presente invendón es realizar un codmiento del grano entero de maíz con un pericarpio pardalmente hidroiizado, paredes celulares y matriz protelca y endospermo hidratados a un grado definido en un cocedor continuo con inyecdón de vapor de agua a presión atmosférica, promoviendo ta hidrólisis del pericarpio, soiubiíizadon pardal de paredes celulares y matriz protelca y gelaíinizadón del almidón.

Otro objetivo de la presente invencion produdr un maíz nixtamaiizado-precocido con mayor rendimiento comparado con procesos de nixtramalízadon tradidonal y procesos de nixtamalizacion acelerado con características físicas y de humedad adecuados para su transformación en harina de maíz nixtamalizado.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso de nixtamalizacion que permita realizar cambios en el grado de gelatinización del endospermo en periodos de tiempo reducidos con costos bajos en los procesos de manufactura de la industria harinera de maíz níxtamalizado.

Por consiguiente, la presente invención proporciona un método y una serie de etapas para la producción continua de maíz níxtamalizado entero con hidrólisis avanzada del pericarpio, solubilizacuion parcial de paredes celulares y matriz protelca, gelatinización del endospermo, una reducida merma de elementos constituyentes del grano de maíz en las aguas de proceso, aguas de desecho de fácil manejo y baja demanda biológica para su tratamiento, un rendimiento incrementado de maíz níxtamalizado, baja adhesividad y fácil manejo del grano de maíz níxtamalizado para su utilización como materia prima para la manufactura de harina instantánea de maíz níxtamalizado para la elaboración de tortillas, frituras y productos de maíz níxtamalizado con mayor valor aiimentido, mejoradas características organolépticas (olor y sabor), color, vida de anaquel, suavidad y rendimiento incrementado.

Los objetivos y ventajas anteriores y otros de la presente invendón son logrados por medio de un método y pasos aplicados a la producdón de maíz nixtamalizado entero, modalidades las cuates incluyen un grano de maíz limpio, sin plaga y entero, acondicionar en una soludón de cal en agua con incremento gradual de temperatura por un lapso de tiempo a un intervalo de temperatura inferior a la temperatura de gelatinización del aimidón, eliminación de la fuente de calor y reposo del maíz en la misma soiudón de cal, hidrólisis pardal del pericarpio, penetrador» rápida y profunda de cal soluble y agua dentro de la estructura del grano, drenado de la suspensión de agua y cal, redudda perdida de pericarpio, proteínas, lípídos y carbohidratos solubles del maíz en la solución de acondidonado, lavado del maíz acondicionado, cocdón del maíz pardaimente hidrolizado y acondidonado en un cocedor continuo con inyección de vapor de agua a presión atmosférica y pre secado del nixtamal pre cocido.

Breve descripcopm de las figuras:

Figura 1. Muestra en forma de diagrama de flujo una modalidad de esta invención que ilustra el proceso continuo y representa esquemáticamente el cocedor continuo asociado,

Figura 2. Es una vista lateral de una modalidad de un cocedor continuo con inyección de vapor de agua a presión atmosférica. Descripcion detallada de la invencion.

La figura 1 muestra acondicionador 1 ; con alimentador, un íavador 2; un cocedor continuo 3 (Figura 2); con alimentador y descarga, una línea de transporte termo neumática 4 con ventilador y decantador ciclónico asociado, homo 5.

El acondicionador 1 es alimentado con maíz iimpio y una mezcla de cal grado alimenticio, la cal esta en una proporción de 0.3 a 2% en relación al peso deí maíz, se vierte agua al acondicionador 1 en una relación maíz-agua 1:1.8 a 1:2.5, formando una suspensión de maíz y solución alcalina, una vez que la suspensión se homogeniza, se procede a elevar la temperatura de la suspensión maíz-agua-cal de forma gradual a razón de 0.3 a 1 grados centígrados por minuto hasta alcanzar una temperatura de 50 a 57 grados centígrados con agitación intermitente, el grano de maíz en la suspensión alcalina eleva gradualmente su temperatura en una proporción cercana de la suspensión alcalina, promoviendo una absorción de humedad por parte del grano, una vez que la suspensión maíz-cal-agua alcanzan una temperatura de 50 a 57 grados centígrados, se procede a eliminar la fuente de calor, reposar el maíz en la suspensión por un tiempo de 15 a 30 minutos.

Acondicionando el grano d© maíz de esta manera se provoca una hidrólisis parcial del pericarpio, una merma reducida de pericarpio en la suspensión de acondicionado, un incremento de humedad excedente del grano de maíz de 26 a 31% en base al grano seco, una difusión rápida de la humedad dentro de la matriz celular del endospermo, Sos gránulos de almidón se hinchan por efecto de la temperatura y la humedad adquirida, el hídróxido de caído soluble penetra en el endospermo, (paredes celulares, matriz protelca y gránulos de almidón).

Utilizando una temperatura menor a la necesaria para comenzar al proceso de gelatinización evitamos la solubiiizacion del aimidón y ías paredes celulares y proteínas, se promueve la difusión de ios iones del hidroxido de calcio dentro de la matriz del granulo de almidón, la cual es deseable para disminuir la temperatura de gelatinización del almidón y retardar el fenómeno de retrogradación del almidón gelatinizado (Femando Coral Diego, tesis doctora!, universidad nacional de Colombia, Manizales 2010).

Por consiguiente al evitar la hidrólisis avanzada del pericarpio y la gelatinización del almidón, se obtiene un maíz pre hidrofizado, humectado y suavizado, el cual no presenta características cohesivas y no tendrá la capacidad de retener gránulos de cal no soluble, facilitando su lavado. Las aguas de acondicionado son drenadas y el maíz evacuado del acondicionador para proceder a un lavado 2 bajo un rocío de agua a una temperatura de 50 a 55 grados centígrados, la cual sirve para retirar el exceso de cal que lograra presentarse en el maíz pr® hidrolizado. El maíz pre hidrolizado y lavado es depositado en la tolva de alimentación (figura 2) del cocedor continuo 3, el cual cuenta con un tornillo de aumentación que ingresara el maíz de forma gradual y constante ai interior del cocedor. Adyacente a ía boca de alimentación del cocedor, se suministra una cantidad de vapor a presión atmosférica (88 a 91 grados centígrados) a razón de 5 a 14% en relación al peso del maíz seco que ingresa al cocedor. En el interior del cocedor continuo existe un transportador helicoidal, el cual es de giro lento, Ei contacto del vapor de agua a presión atmosférica y el grano de maíz pre hidroiizado y humectado, genera una condensación superficial y una atmosfera húmeda del grano de maíz promoviendo la hidrólisis del pericarpio del maíz, la temperatura y humedad generados por el vapor de agua se difunde por las partes mas externas del endospermo propiciando una gelatinización. El tiempo de transito del grano de maíz y el porcentaje de vapor de agua determinan el grado de gelatinización que se genera en el endospermo, el tiempo de transito del maíz pre hidroiizado por el interior deí cocedor es de 10 a 30 minutos. La velocidad deí transportador helicoidal es por medio de un motón-eductor controlado por variador de frecuencia, ía que permite modificar la velocidad de avance del maíz acondicionado y por consecuencia el tiempo de transito en la cámara de cocción.

El cocedor continuo trabajado de esta manera propicia hidrolizar el pericarpio, una gelatinización de una fracción del aimidón contenido en el endospermo y por el aumento de temperatura gradual del grano de maíz entero se promueve una soíubilizacion parcial de fas paredes celulares y la matriz protelca del endospermo del grano de maíz. Al no someter el maíz a un proceso de cocción en una suspensión alcaiina, no existe merma de pericarpio hidroiizado y perdida de proteínas y paredes celulares solubles, logrando con esto un maíz nixtamalizado con rendimiento aumentado y con hidroiizacion del pericarpio, reteniendo en su estructura las gomas naturales producto de la hidroiizacion del pericarpio y paredes celulares parcialmente solubilizadas. La temperatura del grano de maíz nixtamalizado-precocido a !a salida del cocedor continuo es de 55 a 78 grados centígrados, con una humedad excedente de 31 a 45% en base al maíz seco.

La boca de salida del cocedor continuo 3 (figura 2), deposita el maíz nixtamalizado-precocido en una línea termo neumática 4 de alta presión cuyo diseño es conocido per se, con aire precalentado en el homo 5 a una temperatura de 140 a 200 grados centígrados por un tiempo de 0.2 a 3 segundos, retirando humedad superficial, eliminando la adhesividad del pericarpio hidroiizado, eliminando humedad de 2 a 6 por ciento en relación al maíz nixtamalizado a ía salida del cocedor continuo 3 (figura 2).

La Sínea temw neumática así utilizada a presión negativa funcionaría como transporte y unidad de pre deshidratación del maíz nixtamalizado pre cocido, descargando el aire húmedo a ia atmosfera por la chimenea del decantador ciclónico, cuyo diseño es conocido per se. Descargando el maíz nixtamalizado-precocido con una temperatura disminuida en una serie de molinos de martillos y líneas termo neumáticas de deshidratación cuyo diseño y funcionamiento es conocido per se, para su transformación en harina de maíz entero nixtamalizada.

El maíz nixtamaiizado-precocido y deshidratado a una humedad de 11% elaborado de acuerdo a ía metodología de la presente invención resulta una merma de 1 a 1.8% en relación ai maíz crudo y seco con una humedad de 11% antes de ser procesado, logrando con esto una disminución de perdida de 89 a 86% en relación ai proceso tradicional de nixtamalizacíon, con la correspondiente menor cantidad de carga biológica en las aguas de desecho y un incremento de maíz nixtamalizado para su transformación en harina.

La harina de maíz nixtamalizado producida en base al proceso de nixtamalizacíon de la presente invención mostró mejoradas tonalidades de color (blanco), ai momento de rehidratarse en agua a una temperatura ambiente, las proporciones son de 1 :1.2 a 1 :1.35 harina: agua. Produciendo una masa de consistencia similar a la masa de nixtamal fresca, adhesividad y viscosidad, sin presentar problemas de maquinabilidad al momento de su trabajo en los equipos para fabricación de tortillas {maquinas tortílladoras), al momento de elaborar tortillas con la harina de maíz nixtamalizado hidratada, estas mostraron características de oíor y sabor semejantes a las obtenidas de masa de nixtamal, las tortillas almacenadas ers refrigeración al recalentar, mantienen cualidades de suavidad, rollabilidad al octavo día de su elaboración.

Es para ser entendido que las modalidades de esta invención ilustradas en la presente y descritas en detalle can referencias públicas, son para la forma de ilustración y no de limitación. Otros cambios y modificaciones son posibles y presentes por si mismos para aquellos expertos en la técnica anterior.

Se hace constar que con reladón a esta fecha, el mejor método conocido por el solicitante para llevar a la práctica lt adada invención, es el que resuita claro de la presente descripción de la invención.