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Introducción
La papa (Solanum tuberosum subsp. andigena) es una planta herbácea andina que se cultiva desde el año 8000 a. C., muy importante en la producción mundial (Reddy et al., 2018). Posee varios metabolitos secundarios, entre ellos compuestos fenólicos y antioxidantes, con potenciales beneficios para la salud de los consumidores (Sandoval-Vegas et al., 2010; Peñarrieta, Alvarado et al., 2011; Kim et al., 2019). Sus tubérculos pueden ser de forma alargada, redonda u oblonga, con diversidad de colores según sus variedades (Das et al., 2021). En Perú existen más de 4000 variedades de papas nativas, que en su mayoría se encuentran en los Andes peruanos (Soto et al., 2014), donde se concentra más del 90% de su producción (Fonseca et al., 2014). Vale resaltar que la papa nativa es el principal sustento de las familias de las zonas altoandinas.
En la sierra central de Perú, en zonas entre los 2800 y los 4400 m s.n.m., el 40% del área está cubierta por variedades nativas (Marmolejo Gutarra & Corpus Chagua, 2021). Las variedades nativas de la subespecie andigena crecen sobre los 3000 m s.n.m., en duras condiciones ambientales: bajas temperaturas, altas radiaciones y sequías intermitentes, donde las variedades comerciales no pueden competir (Reategui et al., 2019). También, los tubérculos cultivados sin agroquímicos poseen mejores características nutricionales (Vaitkeviciene et al., 2020), contienen materia seca, antocianinas, vitaminas, minerales y carbohidratos, constituyendo una fuente importante de almidón (Choquechambi et al., 2019) y algunas variedades nativas presentan una excelente calidad culinaria y textura harinosa, por lo que se utilizan para la producción de chuño y tunta (Egúsquiza, 2014).
El chuño y la tunta son productos alimenticios tradicionales altoandinos en Bolivia y Perú, fuentes importantes de calcio, hierro, carbohidratos, cenizas, ácido gálico y antioxidantes (Peñarrieta, Alvarado et al., 2011) y poseen componentes con capacidad antibiótica y protectora de las paredes del estómago (Huayhua Mamani & García Castro, 2021). Entre las variedades que se utilizan para la elaboración del chuño, se tiene a la papa yana siri (Solanum x juzepczukii) de textura muy harinosa y consistencia gomosa, y para la elaboración de tunta a la papa yuraq siri (Solanum x curtilobum) de textura muy harinosa (Ministerio de Agricultura y Riego et al., 2017).
La elaboración del chuño y la tunta son actividades ancestrales que se realizan sobre los 3800 m s.n.m., a temperaturas bajo cero (hasta -12 °C), en época de invierno (de mayo a julio), donde se hay fuerte radiación solar, escasa nubosidad y baja humedad relativa (menos de 40%); estas condiciones favorecen el congelado y el secado natural de la papa para transformarse en chuño y en tunta (Melton et al., 2020). La presencia de fuentes de agua de poca corriente permite el lavado de los glicoalcaloides y el acceso a áreas planas favorecen la exposición al frío y la radiación solar (Fonseca et al., 2008).
Las técnicas tradicionales de procesamiento de chuño y tunta son diferentes, dado que el chuño requiere de tendido, congelado, pisado y secado de los tubérculos, mientras que la tunta necesita tendido, congelado, pisado, lavado y remojado para eliminar los glicoalcaloides, principalmente (De Haan & Rodríguez, 2016). El chuño es el tubérculo liofilizado, sin cáscara, de color pardo oscuro y la tunta es el tubérculo liofilizado de color blanco con peso liviano (Peñarrieta, Salluca et al., 2011). Estos productos alimenticios son ingredientes de muchos platos tradicionales en los Andes peruanos.
A pesar del uso ancestral y la demanda como productos orgánicos, existen pocos datos en la literatura científica sobre la composición química-nutricional de estas papas liofilizadas, además del proceso de su elaboración (Peñarrieta, Salluca et al., 2011). Por ello, el presente estudio tiene por objetivo determinar si la temperatura del proceso de liofilización influye sobre el contenido de compuestos fenólicos totales, carotenoides totales, antocianinas totales y capacidad antioxidante del chuño y la tunta, elaborados con base en las papas nativas yana siri y yuraq siri. Se espera que la temperatura de congelación y el ácido ascórbico conserven las propiedades bioactivas del chuño y la tunta, valorando sus propiedades funcionales.
Materiales y métodos
Ubicación
El estudio se desarrolló en las instalaciones del laboratorio de control de calidad de la Facultad de Ingeniería en Industrias Alimentarias de la Universidad Nacional del Centro del Perú (UNCP), ubicada en la ciudad de Huancayo, departamento de Junín, Perú. El clima en la zona posee una temperatura media anual de 12,1 °C y una precipitación anual de 646 mm (IGP, 2005).
Material vegetal
El material del estudio estuvo formado por papas nativas maduras de las variedades: yana siri (S. x juzepczukii, 2n = 3x = 36) y yuraq siri (S. x curtilobum, 2n = 5x = 60) del distrito Quilcas, en la provincia de Huancayo, departamento de Junín, sobre los 3700 m s.n.m. Todas las muestras provinieron de procedimientos agrícolas tradicionales propios de los sitios rurales de la serranía peruana, con fertilización basada en abono animal (procedente de ovejas y camélidos) y cultivadas en temporada lluviosa.
Los tubérculos empleados muestran una forma comprimida (tabla 1) con una coloración púrpura para el caso de la cáscara y la pulpa de la variedad yana siri y una coloración blanca y amarilla para yuraq siri (figura 1), conforme al catálogo de papas nativas (Ministerio de Agricultura y Riego et al., 2017).
Tabla 1. Forma y dimensiones (promedio ± DE) de los tubérculos evaluados
Nota aclaratoria:DE: desviación estándar
Fuente: Elaboración propia
Diseño experimental
Se aplicó un bloque completamente al azar (BCA) con seis repeticiones (Al Kutubi, 2020) y tres tratamientos (tabla 2):
T1: producción de tunta sin ácido ascórbico
T2: producción de tunta con ácido ascórbico (1%)
T3: producción de chuño
Donde cada tratamiento se sometió a tres niveles de temperatura de congelación: -10 °C,- 20 °C y -30 °C.
Elaboración del chuño y la tunta
Para la elaboración del chuño y la tunta se trabajó con 10 kg de papa yana siri y yuraq siri, los cuales fueron lavados con agua blanda y sometidos a procesos de congelación de -10 °C, -20 °C y -30 °C con velocidad de aire de 0 m/s.
Se empleó un ultracongelador (Equitec, modelo EVF), donde los tiempos de congelación fueron de 385 min, 345 min y 275 min y el coeficiente de transferencia fue de 2,83 W/m. ºC, 3,65 W/m. ºC y 7,59 W/m. ºC para la temperatura de -10 °C, -20 °C y -30 °C, respectivamente. El descongelado se realizó en recipientes metálicos con agua de pH 7,25 a temperatura ambiente durante 2 horas.
Para la obtención del chuño y después del descongelado, los tubérculos fueron prensados e introducidos en recipientes metálicos con agua de pH 7,25 por 12 horas a temperatura ambiente, luego fueron lavados en agua blanda y cortados en rodajas de aproximadamente 1 mm, posteriormente, se realizó el secado a 40 °C por 48 horas y, por último, se realizaron moliendas con martillo y tamizados en mallas n.° 140.
Para el caso de la tunta, el procedimiento fue el mismo que del chuño, a diferencia de tres momentos de lavados intermedios (inmersiones) y tamizadas en mallas n.° 140. Se adicionó el ácido ascórbico (1%) en la tercera inmersión del T2 en reemplazo de la oscuridad del proceso tradicional y la capacidad antioxidante (Njus et al., 2020).
Variables
Biocomponentes:
Compuestos fenólicos totales (CF): se basaron en la técnica de espectrofotometría (espectrofotómetro Genesys, modelo 10S UV-VIS) del complejo coloreado, formado por la reacción entre los compuestos fenólicos y el reactivo Folin Ciocalteu (Singleton & Rossi, 1965) a 755 nm. Fue expresado en mg de ácido gálico/100 g de muestra en base seca (mg ácido gálico/100 g b. s.).
Carotenoides totales (CAR): se aplicó el método reportado por Talcott y Howard (1999), el cual se basa en la extracción en medio apolar (acetona:etanol) y con un antioxidante (BHT), aislado luego con hexano. Su concentración fue determinada espectrofotometría (espectrofotómetro Genesys, modelo 10S UV-VIS) a 470 nm. Se expresó en mg de β-caroteno/100 g. m. en base seca (mg β-caroteno/100 g b. s.).
Antocianinas totales (AN): mediante el método del pH diferencial propuesto (Giusti & Wrolstad, 2001), se empleó alcohol acidificado, una alícuota del extracto se diluyó con un buffer (HCl 0,1 mol∙L-1, KCl 25 mmol∙L-1) a pH 1,0 y otro buffer (CH3COONa 0,4 mol∙L-1) a pH 4,5 (potenciómetro Hanna, modelo serie 5000). La absorbancia de las mezclas se midió a 535 y 700 nm, respectivamente (espectrofotómetro Genesys, modelo 10S UV-VIS) y fue expresado en mg de cianidina-3-glucósido/100 g de muestra fresca (mg cianidina-3-glucósido/100 g).
Capacidad antioxidante (CA): al extracto se le agregó el radical estable DPPH (1-1- diphenyl-2-picrylhydrazyl) (Brand-Williams et al., 1995), seguidamente se midió su absorbancia (espectrofotómetro Genesys, modelo 10S UV-VIS) a 517 nm. Los resultados fueron expresados en µM de Trolox, equivalente/g de muestra en base seca (μmol Trolox/g b. s).
Análisis de datos
Se verificó la normalidad de los datos a través de la prueba de Shapiro Wilk (p > 0,05), luego se realizaron comparaciones con las pruebas T Student (entre los tubérculos) y análisis de varianza (Anova), complementadas con la prueba de Tukey (entre los tratamientos), para determinar las diferencias significativas entre los tratamientos (p = 0,05) en cada materia prima empleada. Para ello se utilizó el software SPSS versión 25.
Resultados y discusión
Biocomponentes
Materia prima
Los tubérculos de yana siri poseen un mayor contenido de fenoles, carotenoides y antocianinas (p < 0,05), siendo la papa nativa la de mayor contenido de biocomponentes (tabla 3).
Para el caso de los fenoles, los tubérculos de yana siri cuantificaron un mayor contenido en relación a yuraq siri, ello se podría explicar por la coloración de la pulpa de este tubérculo, relacionado con el contenido fenólico (Peñarrieta, Salluca et al., 2011), ya que se conoce que las papas de colores registran un mayor contenido de fenoles (Ru et al., 2019).
Al comparar los contenidos registrados de fenoles de este estudio, estos se encuentran dentro del rango (161,6 ± 14,2 a 442,7 ± 37,5 mg ácido gálico/100 g b. s. en muestras crudas) registrado en tubérculos de papa criolla S. tuberosum grupo Phureja (Cerón-Lasso et al., 2018); en otros estudios se ha encontrado que la cantidad total de compuestos fenólicos en diferentes cultivares de papa andina, incluidas las cáscaras, varía de 7 a 72 μmol ácido gálico/g b. s. (Peñarrieta, Salluca et al., 2011).
Tabla 3. Contenido de los biocomponentes (promedio ± DE) evaluados en los tubérculos de yana siri (Solanum x juzepczukii) y yuraq siri (Solanum x curtilobum) antes de su procesamiento en los tratamientos
Notas aclaratorias:DE: desviación estándar, b. s.: base seca y los superíndices a y b indican diferencia significativa al 95% de confianza (p = 0,05).
Fuente: Elaboración propia
Productos de tunta y chuño
Respecto a los biocomponentes evaluados en los productos obtenidos de yana siri a tres niveles de temperatura (tabla 4), los contenidos de fenoles mostraron diferencias significativas entre los tratamientos (p < 0,05), siendo mayor en el T2 para tunta y en el T3 para chuño a -30 °C, respectivamente.
Para el caso de los CAR, se registraron diferencias significativas entre los tratamientos a -20 °C (p < 0,05), no se determinaron diferencias significativas entre el T2 y el T3 a -10 °C y el T1, el T2 y el T3 a -30 °C (p > 0,05).
Las AN solo mostraron diferencias significativas entre los tratamientos a -10 °C de congelamiento (p < 0,05) a -20 °C y -30 °C; en T1 y T2 no se registraron diferencias significativas (p > 0,05).
En los tres niveles de temperatura, el chuño elaborado a base de S.. juzepczukii registró un mayor contenido de fenoles, carotenoides y antocianinas (T3), siendo mayor para todos los biocomponentes evaluados a -30 °C de condición de congelamiento.
Tabla 4. Contenido de los biocomponentes (promedio ± DE) evaluados en los productos obtenidos de yana siri (Solanum x juzepczukii) a tres niveles de temperatura
Notas aclaratorias:DE: desviación estándar, b. s.: base seca, T1: elaboración de tunta sin ácido ascórbico, T2: elaboración de tunta con ácido ascórbico, T3: elaboración de chuño y los superíndices a, b y c indican diferencia significativa al 95% de confianza (p = 0,05).
Fuente: Elaboración propia
Para el caso de los productos obtenidos de yuraq siri a tres niveles de temperatura (tabla 5), los contenidos de compuestos fenólicos muestran diferencias significativas entre los tratamientos (p < 0,05). Los CAR y las AN registran diferencias significativas entre los tratamientos a los -10 °C (p < 0,05), no observándose diferencias de concentraciones de carotenoides entre T1 y T2 a -20 °C y -30 °C (p > 0,05). Asimismo, las AN no mostraron diferencias significativas entre los tratamientos a -30 °C de congelamiento (p > 0,05)
También, el chuño elaborado a base de yuraq siri registró un mayor contenido de fenoles, carotenoides y antocianinas (T3), mostrando mayores concentraciones de biocomponentes a -30 °C.
Tabla 5. Contenido de los biocomponentes (promedio ± DE) evaluados en los productos elaborados a base de yuraq siri (Solanum x curtilobum) a tres niveles de temperatura
Notas aclaratorias:DE: desviación estándar, b. s.: base seca, T1: elaboración de tunta sin ácido ascórbico, T2: elaboración de tunta con ácido ascórbico, T3: elaboración de chuño y los superíndices a, b y c indican diferencia significativa al 95% de confianza (p = 0,05).
Fuente: Elaboración propia
Capacidad antioxidante
Materia prima
La CA de los tubérculos de yana siri (880,57 ± 7,84 μmol Trolox/g b. s.), con respecto a los de yuraq siri (873,94 ± 6,50 μmol Trolox/g b. s.) no mostraron diferencias significativas (p > 0,05).
La CA en el cultivar yana siri y yuraq siri no mostraron diferencias significativas, a pesar de que los tubérculos de pulpa púrpura tienen una mayor capacidad que los tubérculos de pulpa blanca y amarilla (Yamdeu et al., 2017). Diferentes reportes indican que existen distintos mecanismos implicados en la prueba de la capacidad antioxidante (Ru et al., 2019).
Los registros muestran contenidos diferentes a lo reportado en papas bolivianas, cuyos rangos oscilaron entre 0,6 y 8,0 μmol Trolox/g de materia seca (Peñarrieta, Salluca et al., 2011). Otras publicaciones sobre la CA de la papa muestran una alta variabilidad debido a los diferentes métodos empleados (Yamdeu et al., 2017).
Productos de tunta y chuño
La CA de los productos obtenidos de yana siri a tres niveles de temperatura (tabla 6) muestran diferencias significativas entre los tratamientos (p < 0,05); del mismo modo, existen diferencias significativas entre los tratamientos en los productos elaborados a base de yuraq siri (p < 0,05), a excepción del T2 y T3 a -20 °C (p > 0,05), además, la capacidad antioxidante fue mayor en el T3 a -30°C en ambos tubérculos (figura 2).
El contenido de compuestos fenólicos, pigmentos y la CA del chuño y la tunta, elaborados bajo condiciones controladas en comparación a su materia prima, tiende a disminuir como consecuencia del proceso de elaboración, ello contrasta con lo registrado en cultivos de papas bolivianas y el chuño (Peñarrieta, Alvarado et al., 2011).
Respecto a los tratamientos, el mayor contenido de CF se encontró a -30 ºC, tanto para tunta con ácido ascórbico como para chuño, ello indica que las temperaturas más frías conservan mejor el metabolito evaluado. Comparando con los fenoles totales (0,08-0,15 mg ácido gálico/g muestra fresca), cuantificados en once variedades de papa de India, después de 0, 30, 60 y 90 días de almacenamiento a temperatura ambiente, 15 °C y 4 °C (Yamdeu et al., 2017), se observa una mayor retención en la tunta y el chuño.
Del mismo modo, se encontró a mayor contenido de CAR y AN en el tubérculo de yana siri, cuyas cáscara y pulpa poseen una coloración morada (figura 1), indicador de la presencia de antocianinas y pigmentos (Akyol et al., 2016), ello se corrobora con lo registrado en los genotipos de papa de pulpa morada, con valores de antocianina de 11 a 174 mg de cianidina 3-glucósido/100 g b. h. (Reyes et al., 2004). Es conocido que los carotenoides y las antocianinas proporcionan un gran valor farmacéutico porque incluyen antioxidantes y capacidades antitumorales para la prevención y el tratamiento de enfermedades cardiovasculares.
Tabla 6. Capacidad antioxidante (promedio ± DE) obtenida de los productos elaborados con tubérculos de yana siri (Solanum x juzepczukii) y yuraq siri (Solanum x curtilobum) a tres niveles de temperatura
Notas aclaratorias:DE: desviación estándar, b. s.: base seca, T1: elaboración de tunta sin ácido ascórbico, T2: elaboración de tunta con ácido ascórbico, T3: elaboración de chuño y los superíndices a, b y c indican diferencia significativa al 95% de confianza (p = 0,05).
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
Figura 2. Capacidad antioxidante (μmol Trolox/g b.s.) obtenida de los productos elaborados con tubérculos de yana siri (Solanum x juzepczukii) y yuraq siri (Solanum x curtilobum) a tres niveles de temperatura.
El contenido de compuestos fenólicos, pigmentos y la CA del chuño y la tunta, elaborados bajo condiciones controladas en comparación a su materia prima, tiende a disminuir como consecuencia del proceso de elaboración, ello contrasta con lo registrado en cultivos de papas bolivianas y el chuño (Peñarrieta, Alvarado et al., 2011).
Respecto a los tratamientos, el mayor contenido de CF se encontró a -30 ºC, tanto para tunta con ácido ascórbico como para chuño, ello indica que las temperaturas más frías conservan mejor el metabolito evaluado. Comparando con los fenoles totales (0,08-0,15 mg ácido gálico/g muestra fresca), cuantificados en once variedades de papa de India, después de 0, 30, 60 y 90 días de almacenamiento a temperatura ambiente, 15 °C y 4 °C (Yamdeu et al., 2017), se observa una mayor retención en la tunta y el chuño.
Del mismo modo, se encontró a mayor contenido de CAR y AN en el tubérculo de yana siri, cuyas cáscara y pulpa poseen una coloración morada (figura 1), indicador de la presencia de antocianinas y pigmentos (Akyol et al., 2016), ello se corrobora con lo registrado en los genotipos de papa de pulpa morada, con valores de antocianina de 11 a 174 mg de cianidina 3-glucósido/100 g b. h. (Reyes et al., 2004). Es conocido que los carotenoides y las antocianinas proporcionan un gran valor farmacéutico porque incluyen antioxidantes y capacidades antitumorales para la prevención y el tratamiento de enfermedades cardiovasculares.
Los resultados de los pigmentos son variables en cuanto a los tratamientos, pero se observa un aumento de estos en la tunta con ácido ascórbico y el chuño a -30 °C. El chuño (papa negra liofilizada) posee una mayor coloración que la tunta (papa blanca liofilizada), lo que explicaría la diferencia de pigmentos. Es importante resaltar que la condición térmica más fría muestra un efecto conservador sobre la disminución de la cantidad de carotenoides y antocianinas (Tang et al., 2015).
En el mismo sentido que los demás biocomponentes, la capacidad antioxidante de la tunta con ácido ascórbico y chuño fue mayor a -30 °C, siendo la temperatura más fría la mejor condición para la conservación de la capacidad antioxidante.
Del análisis realizado se desprenden dos puntos importantes:
Los resultados de este estudio muestran que los procesos de tunta y chuño resultaron en una pérdida leve/moderada de compuestos fenólicos, pigmentos y antioxidantes. Resultados similares se tiene con la elaboración de chuño con base en papas bolivianas (Peñarrieta, Alvarado et al., 2011). Como se explicó anteriormente, la reducción de biocomponentes y la cantidad de antioxidantes se deben a los procesos de elaboración de los productos. Durante la liofilización pueden perderse parcialmente minerales (cenizas), proteínas y ácido ascórbico, y los procesos de congelación y descongelación destruyen las vacuolas de las células y liberan la fenoloxidasa, lo que puede provocar la pérdida de antioxidantes fenólicos (Peñarrieta, Salluca et al., 2011).
La adición del ácido ascórbico en el proceso de la tunta evidencia una respuesta del producto ante el estrés oxidativo causado por la temperatura y el proceso aplicado, el cual aumenta la capacidad antioxidante del producto (Yamdeu et al., 2017).
Dentro de las condiciones de trabajo de laboratorio no se incorporó aire forzado en la congelación, condición que sí ocurre en condiciones naturales, pero de manera variable. Se desprende que la elaboración de chuño y tunta en condiciones naturales puede ser mejorada al incorporar procesos controlados como la velocidad de corriente de aire frío, el ácido ascórbico como antioxidante y plantear su producción a nivel de prototipo o planta piloto. En perspectiva, es necesario seguir investigando sobre las condiciones óptimas de elaboración de chuño y tunta para garantizar la calidad de estos productos alimenticios, respetando la cultura y la seguridad alimentaria de los pueblos andinos.
Conclusiones
Las mejores condiciones de extracción de compuestos fenólicos, capacidad antioxidante, carotenoides y antocianinas para el chuño y la tunta, elaborados con base en yana siri y yuraq siri se logró a la temperatura de congelación de -30 ºC, con un secado para el chuño de 40 ºC por 48 horas y a 35 °C por 72 horas para la tunta.
En los tratamientos, la temperatura es una condición importante para la conservación de las propiedades antioxidantes y los pigmentos del chuño y la tunta, los cuales mejoraron con la adición de ácido ascórbico.
El tubérculo con mayores contenidos evaluados fue el yuraq siri (S. x curtilobum) por su coloración característica.
Contribución de los autores
Emilio Yábar-Villanueva: concepción y diseño del estudio, revisión del proyecto para el acceso a recursos económicos, supervisión de las actividades, elaboración y revisión del manuscrito; Wilson Huicho-Espinoza: elaboración del proyecto, registro de la información en laboratorio, construcción de las bases de datos y análisis de la información; Aldo Suazo-Peña: elaboración del proyecto, registro de la información en laboratorio, construcción de las bases de datos y análisis de la información; Edgar Rojas-Zacarías: elaboración del proyecto para el acceso a recursos económicos, concepción y diseño del estudio y redacción del manuscrito; Daniel Álvarez-Tolentino: análisis de la información, elaboración y revisión del manuscrito.
