PROCESO, COMPOSICIÓN Y USOS DE 1NULINA DE AGAVE EN POLVO Y SOLUCIÓN.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN:
Existen patentes para preparación de inulina [1] a partir de diferentes vegetales como Chicoria [2], Alcachofa [3] y Dalia [4]. No existe referencia de patente de procesos de obtención de inulina a partir de agave en alguna de sus variedades.
Los agaves son una familia de plantas que crecen de manera silvestre y cultivada en varios Estados de la República Mexicana, se utilizan industrialmente para la producción de bebidas alcohólicas, principalmente Tequila y Mezcal, aunque existen otras bebidas regionales que utilizan agaves para su elaboración, como pueden mencionarse el Bacanora, Pulque, Lechuguilla, Raicilla, y otras. En el pasado el agave era utilizado también por su fibra para elaborar cuerdas, lazos, costales, etc. desafortunadamente esta industria es actualmente incipiente debido a las grandes producciones de fibras sintéticas.
El objetivo de esta patente es la utilización de compuestos existentes en diferentes variedades de agave en la alimentación ya sea de manera conjunta o cada uno por separado aprovechando sus propiedades de mejora funcional en el organismo. La extracción de estas sustancias se hace para su uso como probióticos o prebióticos, de manera industrial ya sea suministrados individualmente, en mezclas de dos o más de ellos de manera directa o como ingrediente en algún alimento. La harina de agave de las variedades que se listan a continuación, utilizando una sola variedad o mezcla de dos o más de estas variedades:
A. AGAVE. americana
B. A.angusíifoia, HAW
C. A. deserti. D. A. duragensis, GENTRY
E. A. aspcrrima, JACOBI
F. A. potatorium, ZUCC.
G. A. weberi, CELS. H. A. lechuguilla. /. A. Salmiana.
A. Tequilana, WEBER.
Tiene una composición que incluye, porcentajes en peso; inulina entre 5% y 95%, fibras (dietéticas) entre 1% y 80%, compuestos de calcio entre 0.1% y 10%. El producto es preparado mediante un proceso que se describe a detalle en este documento mas adelante, así como la separación de sus partes o purificación para obtener otros productos cuyos procesos de elaboración también están considerados dentro de la invención, estos productos son en todos los casos en solución o secos como polvo o escama: Inulina Base Inulina Purificada por intercambio iónico Inulina sin Calcio.
Inulina libre de quelatos.
Los procesos descritos son para aplicación industrial, así mismo, los productos obtenidos tienen aplicación industrial como ingredientes alimenticios por las propiedades que se mencionan adelante. Es importante señalar que no existe patente en el mundo para obtención de inulina a partir de alguna variedad de agave. La inulina es el componente principal en la harina de agave y se describen en la invención los métodos para obtener la inulina en diferentes mezclas o pura.
LISTA DE PATENTES NORTEAMERICANAS PARA PREPARACIÓN DE 1NULINA:
[1] U.S. 5,968,365 Laurenzo , et al. October 19, 1999 Preparation of inulin products. [2] U.S. 5,958,497 Grimm , et al. September 28, 1999 Chicory extract powder products and extract production processes and apparatus
[3] U.S. 4,871,574 Yamazaki , et al. October 3, 1989 Process for preparing flour from Jerusalem artichoke tubers.
[4] U.S. 4,283,432 Mitchell , et al. August 11, 1981 Natural beverage powders from dahlia extracts.
IMPORTANCIA DE LA INUL1WA EN LA ALIMENTACIÓN. La inulina tiene la particularidad de que al ser ingerida pasa el estomago y gran parte del intestino delgado sin sufrir alteración química, al llegar al final del intestino delgado e intestino grueso, empieza a ser digerida por bacterias anaerobias, principalmente por las llamadas bifidobacterias, como resultado de su ingestión, la flora microbiana sufre modificación en las poblaciones bacterianas resultando un aumento considerable en el tiempo de las bacterias bifidobacterias, las cuales al digerir la inulina producen ácido láctico y ácido
acético, ayudan a la síntesis de vitaminas mejoran la digestión y previenen infecciones, además tienen un efecto bactericida disminuyendo la población de bacterias patógenas existentes en el intestino. El aumento en la población de bifidobacterias en el intestino mejora el sistema inmunológico, así mismo ayuda en crear un medio adecuado para una mejor absorción de calcio, hierro y magnesio. Por lo anterior se considera que la producción industrial de inulina ya sea de forma pura o en mezcla con otros compuestos es importante para ser usado como complemento alimenticio o como ingrediente en alimentos.
IMPORTANCIA DE LOS COMPUESTOS DE CALCIO.
Los compuestos de Calcio como se encuentran en el polvo o harina de agave o sus soluciones son principalmente en forma de quelatos que consisten en azucares y ácidos azucarados y oxalato, en estas foπnas químicas la absorción por el organismo es posible por lo que el calcio es aprovechable hasta el punto en que el organismo le requiere, eliminando los excedentes. La deficiencia de Calcio en el organismo, principalmente en mujeres en estado de menopausia es un serio problema de salud ya que cuando no se ingiere suficiente cantidad de calcio en una forma asimilable en los alimentos, el organismo toma el calcio que requiere de los huesos provocando la ostopenia y en grados mas avanzados la osteoporosis con las consecuentes fracturas óseas y problemas en general de estas enfermedades. La ingestión de la harina o polvo de agave de manera directa o como ingrediente de alimentos ayudara a disminuir estos problemas de salud.
DESCRIPCIÓN EN DETALLE.
Las ventajas de la presente invención serán más evidentes en esta descripción detallada, sin embargo debe ser entendido que la descripción en detalle y los ejemplos específicos son dados a manera de ilustración únicamente debido a que varios cambios y modificaciones dentro del espíritu y campo de acción de la invención se harán en cuanto se tenga la destreza y experiencia industrial sobre los procesos de esta invención.
El primer proceso consta de las siguientes etapas:
Las pinas o cabezas de agave (niezontle), son enjuagadas con agua. Posteriormente se destrozan (paso 1 en figura 1), mediante desgarradora de cuchillas, o martillos, o erizo; para obtener pedazos amorfos de peso individual no mayor a tres kilogramos, estos pedazos se pasan a un rebanador (paso 2 en figura 1) para dejar pedazos amorfos pero con una gran superficie relativa expuesta al aire, esto es los pedazos tendrán espesores de máximo un centímetro. Estos pedazos son alimentados a un secador (paso 3 figura 1) que puede ser de banda, tambor o túnel con flujo de aire caliente a una temperatura máxima de 140° C. para evitar hidrólisis y caramelización de inulina y otros azúcares contenidos en el agave, el objetivo de este paso es deshidratar hasta una humedad no mayor de 20% en peso. Los pedazos secos, pasan a un molino (paso 4 figura 1) que puede ser de cuchillas, de martillos, de bolas, de tambor, o cualquier tipo de pulverizador como los usados para producir harinas.
El producto obtenido, es uno de los productos de la invención llamada harina de agave y su composición en porcentajes en peso es: Inulina de agave entre5% y 95%
Fibra (celulosa, lignina) entre l%y 80% Compuestos de calcio entre 0.1% y 10%.
PROCESO DE REFINAMIENTO O SEPARACIÓN DE COMPUESTOS.
La harina de agave arriba mencionada se usa como materia prima de la preparación de inulina diluyendo (paso 5 figura 1) en agua a una temperatura de entre 80 y 95° C. Se filtra (paso 6 figura 1) o cuela para eliminar la fibra insoluble. A la parte líquida se le. adiciona 1 % en peso de carbón activado se agita (paso 7 figura 1) y se filtra (paso 8 figura 1) con fíltroayuda (tierras diatomaceas, o celulosa. El producto líquido es ya un producto de esta invención que se denomina solución base o solución B, esta solución se puede evaporar (paso 9 figura 1) para lograr la concentración deseada para su consumo como tal, también se puede llegar hasta el secado (paso 10 figura 1) y obtener otro producto de esta invención que es la inulina base, para el secado podrá utilizare cualquier tipo de secador industrial, la composición de la inulina base es en porcentaje en peso: lnulina de agave entre 5% y 97% Fibra (celulosa, lignina) entre 0.1 % y 5 % Compuestos de Calcio entre 0. 1% y 10%
Como continuación del proceso de refinación, la solución B se pasa por una columna empacada con resina intercambiadora aniónica( paso 11 figura 1), seguida por una de intercambio catiónica ( paso 12 figura 1) o viceversa. El objetivo de este paso es eliminar impurezas y parcialmente el complejo de calcio.
Nota 1 Si se utiliza resina aniónica que forma OH- y catiónica que forma H+ hay peligro de modificar pH de la solución en cada paso.
Nota 2 Si se utiliza resina aniónica que libera Cl- y catiónica que libera Na+ no hay cambio de pH pero queda NaCl en la solución. La solución obtenida es otro dé los productos de ésta invención y es llamada solución de inulina purificada por intercambio iónico o solución ínter.
Esta solución es otro producto de la invención y puede evaporarse ( paso 13 figura 1) hasta obtener la concentración deseada para su uso, o bien secarse (paso 14 figura 1) para obtener la inulina purificada por intercambio iónico ya sea en foπna de polvo o de escamas.
La composición de este producto es:
Inulina de agave entre 5 % y 97 %
Fibra (celulosa, lignina) entre 0.1 % y 10 % Compuestos de Calcio entre 0.1 % y 10 %
ELIMINACIÓN DE CALCIO.
Este proceso puede partir de la solución B o de la solución inter. Se puede usar fosfato, carbonato, oxalato, etc. para formar una sal de calcio poco soluble en agua. Como ejemplo, a la solución B o solución inter, se le adiciona el fosfato o ácido fosfórico ( paso 15 figura 1), se agita se ajusta pH de la solución ( paso 16 figura 1) a un valor 7 o un poco mayor para precipitar el sulfato de calcio Ca3(Pθ4)2 y otras sales de calcio y fósforo. Nota 3 se pueden utilizar en lugar del ion fosfato, los iones carbonato, oxalato, sulfato, etc. y ajustar el pH de la solución arriba de 7 para precipitarlas sales de calcio formadas.
Nota 4 En caso de usar carbonato, la solución se deberá calentar para ayudar la precipitación de las sales. Una vez realizada la precipitación de las sales, la solución se filtra (paso 17 figura 1).
La parte líquida filtrada es otro producto de la presente invención que es la solución de inulina sin calcio que llamaremos solución sinca. Esta solución se evapora (paso 18 figura 1) hasta tener la concentración deseada para su uso o se seca (paso 19 figura l)para obtener el polvo o escama de inulina sin calcio.
La composición de este producto es: Inulina de agave entre 5 % y 99 % Fibra (celulosa, lignina) entre 0.1 % y 1 % Compuestos de Calcio entre 0 % y 0.1 %
SEPARACIÓN DE INULINA DE QUELATOS.
La solución sinca se pasa por una columna empacada con resina intercambiadora aniónica (paso 20 figura l)y posteriormente por una de intercambio catiómco ( paso 21 figura 1) o viceversa, el resultado es la solución de inulina libre de quelatos, que llamamos solución inu. Esta solución es otro de los productos de esta invención y puede ser evaporada (paso 22 figura 1) hasta obtener la concentración deseada para su uso o bien secarse (paso 23 figura 1) para obtener la inulina libre de quelatos en forma de polvo o escamas. La composición de este producto es: Inulina de agave entre 5 % y 99 % Fibra (celulosa, lignina) entre 0 % y 0.1 %
PURIFICACIÓN DE POLVOS O ESCAMAS. En todos los productos mencionados en esta invención se puede lograr una mayor pureza enjuagando, diluyendo, filtrando y secando nuevamente los polvos o escamas utilizando como diluyente productos orgánicos como metanol, etanol, isopropanol o acetona.
PROCESO ALTERNATIVO DE LA INVENCIÓN PARA OBTENER INULINA DE AGAVE.
El agave se enjuaga con agua para eliminar tierra y otras impurezas. Se destroza ( paso 1 figura 2) a través de una desgarradora de cuchillas, martillos o erizos y posteriormente puede desgarrarse (paso 2 figura 2) mediante una desgarradora de cadenas o cualquier otro tipo, el objetivo de este desgarrado es el exponer lo mejor posible la relación fibra y sus adherencias para lograr ima extracción eficiente. Posteriormente se pasa por un difusor ( paso 3 figura 2) de transporte lento utilizando agua a una temperatura de entre 80°C y 99°C para disolver todo el material contenido con excepción de la fibra. Al salir del difusor la corriente líquida es colectada en un tanque se le adiciona carbón activado (paso 7 figura 1) en una cantidad equivalente al 1 % en peso se agita y se filtra (paso 8 figura 1) con ayuda de fíltroayuda, con esto se obtiene la solución B y se prosigue con todos los pasos mencionados anteriormente en esta descripción detallada del primer proceso para obtener los productos en solución o en forma sólida.
Si no se cuenta con difusor. A partir del paso 2 de la figura 2 se puede pasar por tándem de molinos (paso 4 figura 2) para separar la fibra de la solución, utilizando agua caliente como imbibición y a partir de este paso, la solución sigue al paso 7 de la figura 1 y se continua de acuerdo a lo mencionado en el primer proceso para obtener los productos.
EJEMPLOS DE PREPARACIÓN.
Ejemplo 1. Fabricación de harina de agave.
Se cosechó 20 kg de cabeza de Agave americana cortándose las hojas y raíces de una planta. Se cortó en cubos de 5 cm de cada lado por una motosierra. Cuatro cubos (520 g) fueron rebanados por un procesador de alimentos (oskar fabricante sunbeam de México. Las rebanadas se expandieron sobre una hoja de plástico, se secaron por el sol. Posteriormente se pulverizaron por el procesador de alimento (oskar fabricante sunbeam de México). Se rindió 120 g de harina de agave consistiendo en: 11% de agua, 51% de inulina de agave, 29% de fibra y 6% de cenizas, 1% de compuestos de Calcio.
Ejemplo 2.
Se cosechó 80 kg de cabeza de Agave sal miaña cortándose las hojas y raíces de una planta. Se la cortó en cubos de 5 cm de cada lado por una motosierra. Cuatro cubos (480 g) fueron rebanados por un procesador de alimentos (oskar fabricante sunbeam de México) y las rebanadas se vaporizaron por 4 minutos en una olla de tamales expandiendo las rebanadas en un plato ancho de acero inoxidable. Se extrajo el jugo de las rebanadas calientes por un exprimidor de jugo (Singer, Modelo No. 785-A). Agregándole 500 mL de agua caliente al bagazo, la mezcla colocada en una bolsa de gasa se exprimió por mano. Juntando los dos exprimidos, se filtró usando tierra diatomacea), y posteriormente se evaporó el agua mediante el evaporador rotatorio (Bηcl i, Rotavapor R-114) en vacío. Se obtuvo el polvo de inulina de agave (40 g) con color amarillo con sabor ligeramente dulce. Composición: 86% de carbohidratos que son principalmente consiste en inulina de agave, 1.9% de compuestos de Calcio y 12% de cenizas.
Ejemplo 3: Obtención de la harina de agave, e inulina de agave pura. Ocho cubos (960 g) obtenidos en el Ejemplo 2 fueron rebanados por
un procesador de alimentos (oskar fabricante sunbeam de México) y las rebanadas se calentaron por 5 minutos a 85 °C mediante el homo de microondas colocando las rebanadas en tres bolsas de polipropileno. Se extrajo 450 mL del jugo de las rebanadas calientes por un exprimidor de jugo (Singer, Modelo No. 785-A).
El bagazo se secó por una estufa a 100 °C y se molió por el procesador de alimentos (oskar fabricante sunbeam de México), obteniéndose 91 g de harina de agave. Composición: carbohidratos solubles que consisten en principalmente inulina de agave 47%, fibra 44%, compuestos de Calcio 1%, cenizas 7%.
Agregándole al jugo 10 g de oxalato de sodio y ajustando el pH con Na2Cθ3, se calentó el jugo a 70 °C por 10 minutos. Enseguida, se le agregaron al jugo 4.5 g de carbón activado y se lo calentó a 80 °C bajo agitación. Se filtró la mezcla por un filtro de cartucho. El sistema se enjuagó con 100 mL de agua, el cual se juntó con el jugo purificado, llamándolo el liquido transparente y incoloro como la Solución Base.
Se pasó la Solución Base a través de una columna empacada con la resina intercambiadora aniónica foπna OH". Posterioπnente se pasó la misma solución por la columna de intercambiador catiónico fonna H*. Cuando se bajó el pH del jugo abajo de 4, se ajustó el pH a 6-7 con m a solución de NaOH, 0.1 M. Se obtuvo 86 g de inulina de agave libre de quelatos evaporando el jugo purificado por intercambiadores iónicos mediante un evaporador rotatorio en vacío. El producto fue purificado, además, enjuagando con 300 mL de metanol. Se obtuvieron 83 g de producto de inulina de agave pura.
EJEMPLOS DE USO DE LOS PRODUCTOS.
Ejemplo 1 Suministros de foπna directa como complemento alimenticio:
Tomar dos cucharaditas (12 gr. Aprox) de harina de agave antes de cada comida.
Tomar una cucharadita (6 gr. Aprox.) de polvo o escamas de inulina purificada por intercambio iónico, o inulina sinca, o inulina libre de quelatos.
Ejemplo 2 Utilizados como ingredientes en productos alimenticios:
GALLETAS DE AVENA
Ingredientes: 2 tazas de hojuelas de avena.
1 taza de mantequilla.
/ taza de harina de agave.
1/2 taza de azúcar morena.
1/2 taza de azúcar blanca. 2 huevos.
1 cucharadita de vainilla.
1 1/2 tazas de harina de trigo.
1 cucharadita de sal.
1/2 taza de nuez picada. 1 cucharadita de bicarbonato de sodio.
Preparación:
Con la batidora se acrema la mantequilla y los dos azucares, se agregan los huevos y la vainilla. Aparte se mezcla la harina de trigo, la harina o polvo de agave, sal, bicarbonato de sodio y se añade a la mezcla de mantequilla con azúcar y huevo, la consistencia debe ser cremosa.
Se le agrega la avena y nueces, se mezcla bien, se cortan hojas de papel encerado. Se les vacía parte de la mezcla, se envuelven haciendo rollos compactos y se congelan. Cuando se van a preparar, se precalienta el homo a 170°C, se les quita el papel a los rollos, y con un cuchillo se rebanan ruedas de un centímetro de espesor.
Se hornean en una charola galletera de teflón a 170°C por 15 minutos aproximadamente, se sacan cuando están ligeramente doradas.
Esta misma receta se puede preparar con los polvos o escamas de inulina purificada por intercambio iónico, inulina sin calcio e inulina libre de quelatos haciendo la modificación en ingredientes siguiente:
Ingredientes:
2 1/2 tazas de hojuelas de avena. 1/2 taza de inulina en cualquiera de sus presentaciones.
Resto de ingredientes permanece igual.
Preparación :Igual a la anterior.
Ejemplo 3 Uso de las soluciones de inulina en todos sus tipos como ingrediente en producto alimenticio.
ADEREZO PARA ENSALADA. Ingredientes: 1/2 cucharada de mostaza.
Jugo de tres limones. 2 cucharadas de salsa maggi.
2 cucharadas de salsa inglesa.
1/2 cucharada de consomé de pollo. 1/2 cucharada de aceite de oliva.
3 cucharadas de SOLUCIÓN DE INULINA EN CUALQUIERA DE SUS TIPOS.
Preparación: Se mezclan todos los ingredientes.
Se sirve con ensalada mixta de lechuga, tomate y cebolla; o cualquier otra ensalada.