Development of food hydrogels with andean purple corn (Zea Mays L.) extracts and cushuro (Nostoc Sphaericum) polysaccharide: rheological characterization

Abstract

El maíz morado andino (Zea mays L.) es un antiguo cultivo nativo peruano que se utiliza actualmente en la gastronomía peruana. Cushuro es una cianobacteria procedente de los lagos andinos del Perú. Tienen cantidades considerables de compuestos bioactivos que pueden mejorar las propiedades fisicoquímicas de los alimentos. El objetivo de esta investigación fue caracterizar las propiedades reológicas y funcionales de hidrogeles alimentarios desarrollados con extractos de maíz morado, pulpa de fruto de tuna roja y polisacáridos de cushuro (PC). Se utilizaron polisacáridos solubles en ácido obtenidos de la variedad Nostoc sphaericum de Ancash, Perú, así como extractos de maíz morado peruano. Se elaboraron hidrogeles alimentarios en concentraciones que oscilaron entre 0,5% y 3,5% (p/v) dispersando los polisacáridos en una relación extracto/pulpa (v/v) de 4:1. Asimismo, se realizaron muestras control con goma de Tara (Caesalpinia spinosa) (GT). El efecto de la concentración de hidrocoloide (0,5; 1,5; 2,5; 3,5%) sobre las propiedades reológicas se evaluó mediante un diseño unifactorial. Los hidrogeles PC y GT exhibieron una naturaleza de fluidificación por cizallamiento, un límite elástico dependiente de la concentración (0,02–29,91 Pa; 2,01–508,39 Pa) y una alta actividad antioxidante y contenido fenólico. La adición de PC reveló una regeneración estructural lenta, mientras que adicionar GT mostró tixotropía y curvas de histéresis simétricas. Los geles de PC mostraron una estructura fluida con propiedades viscoelásticas (G″ > G′) incluso en la concentración más alta evaluada (3,5%), a diferencia del hidrogel con GT que tenía una estructura más sólida (tipo gel) (G′ > G″) en baja concentración (1,5%). Estos resultados mostraron un perfil reológico adecuado y propiedades deseables del desarrollo de hidrogeles alimentarios para la industria y el procesamiento de alimentos funcionales.

Andean purple corn (Zea mays L.) is an ancient native Peruvian crop that is currently used in Peruvian gastronomy. Cushuro is a cyanobacteria from the Andean lakes of Peru. They have considerable amounts of bioactive compounds that can improve the physicochemical properties of foods. The objective of this research was to characterize the rheological and functional properties of food hydrogels developed with purple corn extracts, red prickly pear fruit pulp, and cushuro polysaccharide (CP). Acid-soluble polysaccharides obtained from the Nostoc sphaericum variety from Ancash, Peru, as well as Peruvian purple corn extracts, were used. Food hydrogels at concentrations ranging from 0.5% to 3.5% (w/v) were elaborated by dispersing the polysaccharides in a 4:1 extract/pulp (v/v) ratio. Likewise, control samples with Tara (Caesalpinia spinosa) gum (TG) were made. The effect of hydrocolloid concentration (0.5; 1.5; 2.5; 3.5%) on the rheological properties was evaluated using a unifactorial design. CP and TG hydrogels exhibited a shear-thinning nature, a concentration-dependent yield point (0.02–29.91 Pa; 2.01–508.39 Pa), and high antioxidant activity and phenolic content. Adding CP revealed slow structural regeneration, while TG showed thixotropy and a symmetric hysteresis loop. CP gels showed a fluid-like structure with viscoelastic properties (G″ > G′) even in the highest concentration evaluated (3.5%), contrary to TG gel that had a more solid (gel-like) structure (G′ > G″) at a low concentration (1.5%). These results showed a suitable rheological profile and desirable properties of the food hydrogels development for the functional food industry and processing.