Physical-chemical characterization of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.), amaranth (Amaranthus caudatus L.), and chia (Salvia hispanica L.) flours and seeds

Abstract

Quinoa, amaranth, and chia flours have considerable amounts of protein, starch, dietary fiber, lipids, minerals, vitamins, and bioactive components, which provide in them exceptional properties for human nutrition. The aim of this research was the physical-chemical characterization of quinoa, amaranth, and chia flours and seeds through proximal, optical, functional, thermal, and structural analyses. From the results obtained during the proximal analysis, considerable proportions were determined of protein and fiber for the three flours, with the highest values in chia flour at 28.56% and 39.8%, respectively. These results were corroborated by optical microscopy analysis performed on longitudinal cuts in the three types of seeds. Thermal parameters indicated that the three flours presented irreversible thermal degradation processes and glass transition change for amaranth and chia flours at temperatures above 100ºC. Structural characterization of the flours via FTIR have allowed detecting differences in protein and lipid characteristic absorption bands. Diffraction patterns of type A starch were identified for quinoa and amaranth flours, while the chia flour had two crystalline peaks corresponding to calcium and magnesium. Scanning electron microscopy images showed starch aggregates in the quinoa flour, a complex structure composed of spherical proteins that surround the starches in amaranth flour and fibrous structures and spherical proteins in chia flour.

Las harinas de quinua, amaranto y la chía tienen proporciones considerables de proteína, almidón, fibra dietética, lípidos, minerales, vitaminas y componentes bioactivos, lo que les confiere propiedades excepcionales para la nutrición humana. El objetivo de esta investigación fue la caracterización fisicoquímica de las harinas y semillas de quinua, amaranto y chía mediante la realización de un análisis proximal, óptico, funcional, térmico y estructural. A partir de los resultados obtenidos en el análisis proximal, se determinaron proporciones considerables de proteína y fibra para las tres harinas, siendo mayor en harina de chía con valores de 28,56% y 39,8%, respectivamente. Estos resultados fueron corroborados por el análisis de microscopía óptica realizada a cortes longitudinales en las tres semillas. Los parámetros térmicos, indicaron que las tres harinas presentaron un proceso de degradación térmica no reversible y un cambio de transición vítrea para la harina de amaranto y chía a temperaturas superiores a 100ºC. La caracterización estructural de las harinas por FTIR, permitió identificar diferencias en las bandas de absorción características de proteínas y lípidos. Patrones de difracción de almidón tipo A, para las harinas de quínoa y amaranto fueron identificados, mientras que la harina de chía presentó dos picos cristalinos correspondientes a calcio y magnesio. Las imágenes SEM permitieron observar agregados de almidones en la harina de quínoa, una estructura compleja compuesta por proteínas esféricas que rodea los almidones en harina de amaranto y estructuras fibrosas y proteínas esféricas en harina de chía.