Valorización de semillas de moringa mediante procesos germinativos y su aplicación en alimentos de alto valor nutritivo y funcional

Memoria presentada por: Karín Elizabeth Coello Ojeda, para optar al grado de: Doctora en Ciencias de la Alimentación.

[ES] La moringa, tradicionalmente conocida como árbol milagroso o árbol de rábano picante, es una planta de crecimiento rápido y resistente a las sequías, nativo de zonas de clima tropical y subtropical con suelos áridos. Originaria del sur asiático y de África, el cultivo de moringa se está generalizando en otras zonas del mundo principalmente debido a su capacidad de adaptación a zonas con bajas precipitaciones ayudando, de este modo, a la reconstitución de suelos desestructurados y a frenar el cambio climático. Todas las partes de la moringa son muy apreciadas por ser una fuente excepcional de nutrientes y de compuestos bioactivos relacionados con la prevención y tratamiento de enfermedades crónicas degenerativas, y ha formado parte de la medicina tradicional en las zonas donde se cultiva. En el caso particular de la alimentación humana y usos terapéuticos, se han estudiado fundamentalmente hojas, flores, frutos y raíces, mientras que las semillas han sido escasamente exploradas. Las semillas de moringa son ricas en proteínas, lípidos, hidratos de carbono, minerales y vitaminas, responsables de su alto valor nutricional. Además, son fuente de compuestos con actividad biológica como los compuestos fenólicos y los glucosinolatos, que confieren propiedades destacables como antioxidante, antiinflamatoria, antidiabética e, incluso, anticancerígena, asociadas a su potencial para reducir el riesgo de enfermedades de elevada incidencia en la sociedad actual. Recientemente, las semillas de moringa se han utilizado en el desarrollo de alimentos como panes y galletas, principalmente para aportar mejoras en sus propiedades nutricionales, si bien las propiedades tecnofuncionales pueden verse modificadas. La germinación es una tecnología natural que se ha empleado tradicionalmente para mejorar el aroma, la textura y la palatabilidad de las semillas y que en la actualidad ha adquirido gran interés como una estrategia económica y sostenible para incrementar sus propiedades nutricionales y beneficiosas para la salud. La obtención de harinas germinadas y su empleo como ingredientes en alimentos de alto valor añadido se ha convertido en una de las tendencias innovadoras en la industria agroalimentaria. Con estos antecedentes, el objetivo de la presente Tesis Doctoral ha sido la valorización de la semilla de moringa mediante germinación para el desarrollo de harinas innovadoras y su aplicación como ingrediente funcional para mejorar el perfil nutricional y el potencial bioactivo de alimentos de alto consumo como pasta y snacks. Para ello, inicialmente se evaluó la influencia del tiempo y la temperatura de germinación sobre el contenido de nutrientes y compuestos bioactivos de la semilla de moringa y mediante la herramienta estadística de metodología de superficie respuesta, MSR, se identificaron las condiciones óptimas de germinación que maximizaban su contenido (publicación 1). Se estableció que un tiempo de germinación de 24 h y una temperatura de 28 ºC favorecían el contenido de riboflavina, glucosinolatos y la actividad antioxidante. Las harinas de moringa germinada en estas condiciones se utilizaron para la elaboración de pasta tipo tallarines, alimentos de alto consumo, y se estudió el efecto de su incorporación en distintas proporciones (5-30%) sobre su calidad nutricional, su potencial bioactivo y sus propiedades tecnológicas y sensoriales (publicación 2). La pasta obtenida presentó un mayor contenido de proteína, grasa, fibra dietética, cenizas, tiamina, riboflavina, GABA y glucosinolatos que la pasta control elaborada con harina de trigo. Además, los tallarines enriquecidos con harina de moringa germinada demostraron propiedades reológicas adecuadas, así como propiedades sensoriales aceptables a niveles 5-10%. Con objeto de conseguir un alimento rico en GABA, se eligieron las condiciones de germinación que maximizaran su contenido, que se consiguieron a 36 ºC durante 96 h. Estas harinas, además, presentaban un elevado contenido en glucosinolatos (publicación 1). Con las harinas de moringa germinada en estas condiciones se formuló un snack tipo barrita de cereales lista para el consumo, alimentos que tienen una gran aceptación por parte de los consumidores. Se estudió la sustitución de harina de trigo por distintas proporciones de las harinas de moringa germinada (6-26%) para formular este tipo de snack. El prototipo de barrita elaborada con un 18% de harina de moringa germinada se seleccionó como la formulación óptima en base a pruebas de fracturabilidad (publicación 3). Estas barritas contenían mayores niveles de proteína, grasa, tiamina, riboflavina, aminoácidos totales y contenido relativo de ácidos grasos insaturados, así como un menor contenido en hidratos de carbono que la barrita control. La barrita suplementada con un 18% de harina de moringa germinada, además, fue una excelente fuente de GABA y glucosinolatos totales, además de presentar una alta actividad antioxidante. Las pruebas sensoriales realizadas pusieron de manifiesto su buena aceptabilidad sensorial por parte de panelistas ecuatorianos entrenados. Se realizó, a continuación, una estimación del precio de venta de las barritas fortificadas con un 18% de harina de moringa germinada teniendo en cuenta los costes de producción y se estableció en $ 0,75/unidad para el mercado ecuatoriano. Tras una encuesta a 104 participantes, el 79% mostró disposición a comprar este tipo de barritas y todos ellos estaban dispuestos a pagar el precio estimado. A la vista de los resultados obtenidos, se puede concluir que la germinación es un proceso natural sostenible que aumenta la calidad nutricional, el contenido de compuestos bioactivos y la actividad antioxidante de las semillas de moringa, y las harinas funcionales obtenidas constituyen ingredientes muy atractivos para la elaboración de alimentos de alto consumo como pastas y snacks, mejorando su valor nutricional y sus propiedades saludables.

[EN] Moringa, traditionally known as miracle tree or horseradish tree, is a fast-growing, drought-resistant plant native to tropical and subtropical climate zones with arid soils. Native to South Asia and Africa, moringa cultivation is becoming widespread in other parts of the world mainly because of its ability to adapt to areas with low rainfall, thus helping to rebuild unstructured soils and slow climate change. All parts of moringa are highly valued for being an exceptional source of nutrients and bioactive compounds related to the prevention and treatment of chronic degenerative diseases, and it has been part of traditional medicine in the areas where it is cultivated. In the particular case of human nutrition and therapeutic uses, leaves, flowers, fruits and roots have been studied, while seeds have been scarcely explored. Moringa seeds are rich in proteins, lipids, carbohydrates, minerals and vitamins, which are responsible for their high nutritional value. In addition, they are a good source of biologically active compounds such as phenolic compounds and glucosinolates, which provide remarkable beneficial properties such as antioxidant, anti-inflammatory, anti-diabetic, and even anticarcinogenic, associated with their potential to reduce the risk of diseases of high incidence in society. Recently, moringa seeds have been used for the development of foods such as breads and cookies, mainly to improve their nutritional properties, although the techno-functional properties may be modified. Germination is a natural technology that has traditionally been used to improve the aroma, texture and palatability of seeds and, recently, it acquired great interest as an economical and sustainable strategy to increase their nutritional and health-promoting properties. The production of sprouted flours and their use as ingredients in high value-added foods has become one of the most innovative trends in the agri-food industry. With this background, the objective of this PhD Thesis has been the valorization of moringa seed by germination for the development of innovative flours and their application as a functional ingredient to improve the nutritional profile and the bioactive potential of highly consumed foods such as pasta and snacks. With this objective, the influence of germination time and temperature on the content of nutrients and bioactive compounds of moringa seed was initially evaluated and, using the statistical tool of response surface methodology, RSM, the optimal germination conditions that maximized their content were identified (publication 1). It was established that a germination time of 24 h and a temperature of 28 °C favored the accumulation of riboflavin, glucosinolates and antioxidant activity. Moringa flours germinated under these conditions were used for the elaboration of fetticcini-type pasta, a highly consumed food, and the effect of their incorporation in different proportions (5-30%) on their nutritional quality, bioactive potential, and technological and sensory properties was studied (publication 2). The pasta obtained presented a higher content of protein, fat, dietary fiber, ash, thiamine, riboflavin, GABA and glucosinolates than the control pasta made with wheat flour. In addition, fettuccini enriched with germinated moringa flour demonstrated adequate rheological properties as well as acceptable sensory properties at 5-10% levels. In order to achieve a GABA-enriched food, germination conditions were selected to maximize the content of this bioactive compound, which were achieved at 36 ºC for 96 h. These flours also had a high glucosinolate content (publication 1). A ready-to-eat cereal snack bar was formulated with the germinated moringa flours obtained under these germination conditions, since this type of foods are highly appreciated by consumers. The substitution of wheat flour by different proportions of the germinated moringa flour (6-26%) was studied to formulate snack bars. The prototype cereal bar made with 18% of germinated moringa flour was selected as the optimal formulation based on fracturability tests (publication 3). This bar contained higher levels of protein, fat, thiamine, riboflavin, total amino acids and relative unsaturated fatty acid content, as well as lower carbohydrate content than the control bar. The bar supplemented with 18% germinated moringa flour was also an excellent source of GABA and total glucosinolates, as well as having high antioxidant activity. The sensory tests revealed good sensory acceptability by trained Ecuadorian panelists. The selling price of fortified bars with 18% germinated moringa flour was then estimated, taking into account the production costs, and was set at $0.75 per unit for the Ecuadorian market. After a survey of 104 participants, 79% were willing to buy these bars and all of them were willing to pay the estimated price. In view of the results obtained, it can be concluded that germination is a sustainable natural process that increases the nutritional quality, the content of bioactive compounds and the antioxidant activity of moringa seeds. The functional flours obtained are very attractive ingredients for the production of highly consumed foods such as pastas and snack bars, improving their nutritional value and their health promoting properties.

This study was funded by grants AGL2015-67598-R (MINECO/FEDER), AGL2017-83718-R (AEI/FEDER, UE), and intramural project grant number PI201870I097 (CSIC).

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