gelatinización debido a cambios en la composición del sistema Cuando la masa se sometió a un proceso de calentamiento, el proceso de gelatinización
3.3.5. Viscoelasticidad lineal
3.3.5.3. Efecto de la composición de la pasta cruda en el módulo de almacenamiento (G´)
En la bibliografía se ha reportado que el módulo de almacenamiento (G´) medido a 6.28 rad/s (1 Hz) ha sido usado frecuentemente para comparar características reológicas de diferentes sistemas (Nunes y col., 2006; Olivera y Salvadori, 2008; Peressini, y Sensidoni. 2000). Por lo tanto, en este trabajo el módulo de almacenamiento experimental (a 6.28 rad/s) fue evaluado usando la metodología de superficie de respuesta para determinar su relación con la composición de la masa de la pasta.
Los valores obtenidos experimentalmente del módulo de almacenamiento G´ , correspondientes a 6.28 rad/s, fueron modelados en función de la composición de la masa LG por un análisis de regresión múltiple adoptando un procedimiento de “paso a paso” y sólo las variables significativas a niveles de P<0.05 fueron seleccionadas para la construcción del modelo. Los coeficientes de regresión se presentan en la Tabla 3.10 según la Ecuación 3.12.
Tabla 3.10. Coeficientes de regresión para el modelo de predicción para el módulo almacenamiento (G´), la significación estadística del modelo, y falta de ajuste. Las desviaciones estándar se muestran entre paréntesis.
Los valores significativos de probabilidad (P < 0.0001), la no significancia de la falta de ajuste (P>0.05) y un valor de “Adequate precision” mayor que 4 indican que la mayoría de las variaciones son explicadas adecuadamente por los modelos propuestos (Myers y Montgomery, 2002).
En la Figura 3.25. se muestra el gráfico de la superficie de respuesta para el módulo de almacenamiento (G´), en la cual se observa que G´ aumentó al incrementarse el de
Capítulo 3 Optimización de masa libre de gluten mediante la utilización de hidrocoloides,
contenido de gomas y de proteínas en el sistema, lo que se tradujo en un aumento en la elasticidad de la masa (MacGregor y Greenwood, 1980); pero las gomas tienen un efecto más marcado que las proteínas adicionadas. Resultados similares fueron observados para pastas de arroz suplementadas con goma guar y yema de huevo; incrementando la concentración de los biopolímeros resultó una masa que fue más fácil de manejar y procesar (Sozer, 2009).
Figura 3.25. Gráficos de contorno del módulo de almacenamiento (G´) medido a 6,28 rad /s. El tono más oscuro indica el valor más alto y las líneas corresponden a los valores isoparamétricas. Las concentraciones se expresan en g/100g masa.
Las condiciones a bajas deformación utilizadas para algunas mediciones suelen ser inadecuadas para situaciones prácticas de procesamiento, porque son efectuadas en proporciones y condiciones muy diferentes a las experimentadas por la masa durante el procesamiento o la expansión durante la cocción. Sin embargo, bajos esfuerzos, que permiten medir pero no perturbar o destruir la estructura inherente, son de gran valor en el estudio de la influencia y la adición de aditivos tales como los hidrocoloides en sistemas de masas (Weipert, 1990) porque los parámetros dinámicos mecánicos son altamente sensibles a cambios del tipo y de la concentración de polímeros, así como del contenido de agua (Ferry, 1980).
Los ensayos reológicos dinámicos y los mecánicos a grandes deformaciones, son fundamentales para estudiar los cambios en las características del producto debido a su composición. Los componentes principales (almidón, proteínas, hidrocoloides y agua) y sus interacciones juegan una función importante en la estructura conformacional así como en las propiedades reológicas de las masas (Shiau y Yeh, 2001).
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Se correlacionaron los valores de los módulos de almacenamiento y perdida (G´, G´´) a 6.28 rad/s obtenidos en los ensayos de barrido de frecuencia con las fuerza de ruptura (F) obtenidas en los ensayos de extensibilidad, es decir respuestas de ensayos de pequeñas deformaciones vs. los obtenidos en ensayos de grandes deformaciones, tal como se muestra en la Figura 3.26 (P<0.001).
Figura 3.26. Relación entre las propiedades de deformación de textura y las mediciones
viscoelásticas. G´ (S) y G´´ () a 1 Hz (6,28 rad / s) vs fuerza de ruptura.
La relación observada en la Figura 3.26. demuestra cómo la combinación de respuestas de ensayos reológicos de pequeñas y grandes deformaciones pueden ser relacionadas con la manipulación de la masa u otras propiedades de textura de estas formulaciones libres de gluten, y cómo esto se puede utilizar en la optimización de la composición de la masa y las condiciones de procesado (Lorenzo y col., 2008).
3.3.6. Optimización de la formulación
El objetivo de esta etapa (Sección 3.2.9.) fue encontrar una masa libre de gluten (LG) que permita su manipulación a nivel industrial y además posea aceptables características de fuerza de ruptura, deformación en el punto de ruptura y módulo elástico G´.
Una formulación de la masa adecuada para el manejo industrial debe resistir altas tensiones con una buena extensibilidad. Las muestras de masa de trigo estudiada como control exhibieron un valor promedio de G´ de 8.80x104± (0.17x104) Pa y mayores valores
de fuerza de ruptura de 2.93 (±0.09) N, y deformación en el punto de ruptura de 32.3 (±1.8) mm. Estas dos últimas características resultan superiores a los valores obtenidos con masas LG por lo tanto el objetivo de esta etapa, fue determinar la combinación óptima de agua, goma, y proteína que proporcionarían una masa apta para celiacos que
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presente máxima fuerza de ruptura y alta deformación en las pruebas de extensibilidad y un valor de G´ similar a la masa de trigo control.
Teniendo en cuenta los efectos de los ingredientes en las características del producto, y considerando que los modelos propuestos se aproximan a las superficies de respuesta y se pueden utilizar adecuadamente para la predicción de algunos valores de los parámetros dentro del rango experimental, la composición fue optimizada de acuerdo con los criterios de conveniencia general, expuesto en la Sección 3.2.9., según la Ecuación 3.9 (Derringer y Suich, 1980).
El valor de conveniencia global obtenido fue 0.676, lo cual es aceptable teniendo en cuenta el número de respuestas que fueron optimizadas al mismo tiempo. Los valores de conveniencia individuales para cada respuesta optimizada (G´, la deformación y la fuerza de ruptura) fueron 0.736, 0.672 y 0.624, respectivamente.
Las coordenadas correspondientes al valor de conveniencia citadas son 35.5%, 2.5% y 4.7% para el agua, gomas y proteínas, respectivamente, que corresponden a la formulación 3 de las experimentadas en este trabajo de Tesis (Figura 3.27).
Figura 3.27. Formulación óptima encontrada según los criterios de conveniencia
Como puede observarse en la Figura 3.27 dentro del rango de composiciones estudiadas, el contenido óptimo de agua fue el mínimo posible, mientras el porcentaje total de biopolímeros (polisacáridos y proteínas) fue el máximo. El comportamiento viscoelástico de las pastas crudas puede entenderse si se las considera como un material compuesto (“composite”) donde, como ya expresamos, los gránulos de almidón actúan principalmente como relleno inerte rodeado de una matriz de proteínas e hidrocoloides hidratados. En la masa, la mezcla de gomas xántica y garrofín, formaría la red
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tridimensional que le da cohesividad; sin embargo contenidos muy bajos de agua producen una masa quebradiza, imposible de laminar mientras que a concentraciones muy altas, la masa es cohesiva, pero poco resistente.
3.4.
Conclusiones
∗ El diseño de mezclas utilizado permitió estudiar la dependencia de las respuestas de los distintos ensayos con respecto a las diferentes proporciones de los ingredientes de la masa estudiadas.
∗ El uso de la técnica de calorimetría diferencial de barrido para estudiar el efecto del contenido de proteínas y de hidrocoloides en la disponibilidad de agua en pastas libres de gluten, reveló interacciones significativas entre los componentes de la mezcla, así, incrementando la cantidad de agua en la masa se produjo un descenso en la temperatura de transición vítrea del sistema reflejando la más alta movilidad de macromoléculas presentes.
∗ El proceso de gelatinización de almidón observado por calorimetría diferencial de barrido modulado correspondió a una endoterma bifásica característica del sistema almidón-agua con contenido de agua restringido. Se encontró que incrementar al contenido de hidrocoloides o disminuir el de agua aumentaba la temperatura de pico (G). En ambos casos también decrecía la fracción de agua congelada, por lo que la movilidad del sistema disminuía y se requería mayor energía para producir el proceso de gelatinización.
∗ El contenido de hidrocoloides y la interacción entre gomas y proteínas fueron los factores que más afectaron la fuerza de ruptura en los ensayos de extensibilidad de las masas. El aumento de concentración de ambos biopolímeros en la masa produjo un aumento de la fuerza de ruptura. Por otro lado, cuando la concentración de gomas era alta, el incremento en el contenido de agua debilitó la matriz, necesitando menos fuerza para producir la ruptura de la masa, mientras que para un bajo contenido de gomas el efecto de la concentración de agua no fue prácticamente evidente. A concentraciones altas de proteínas y bajo contenido de agua la fuerza de ruptura disminuía, mientras que cuando aumentaba el contenido de agua se producía un aumento de la fuerza de ruptura.
∗ El aumento de la concentración de gomas o de proteínas produjo un aumento del valor de la deformación en el momento de ruptura, es decir, la masa resultaba más extensible.
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∗ En cuanto a la caracterización viscoelástica en el rango líneal de las masas LG, los módulos de almacenamiento fueron siempre más altos que los módulos de pérdida en el rango de frecuencias estudiadas; la región del módulo plateau a frecuencias intermedias fue claramente distinguida en todos los casos, mostrando un comportamiento de gel viscoelástico, característico de un material altamente estructurado.
∗ Los datos dinámicos oscilatorios fueron satisfactoriamente modelados usando el modelo de Maxwell generalizado acoplado con el modelo Baumgärtel-Schausberger- Winter ampliado del espectro de mecánico de relajación.
∗ El análisis de los parámetros del modelo BSW ampliado mostró que la pendiente del espectro en la región de entrecruzamientos, junto con la separación entre los tiempos característicos de relajación
,
tienden a disminuir cuando aumenta la concentración de agua en las distintas formulaciones. El valor más alto de la pendiente en la región plateau puede estar relacionado con el desarrollo de una red más entrecruzada, la cual podría explicarse por el aumento de la cantidad de gomas o por una menor concentración de agua, reflejando una disminución de la movilidad molecular.∗ Los gránulos de almidón probablemente actúan como rellenos inertes en las masas debido a su incapacidad de formar una red cohesiva, la cual está principalmente formada por las gomas xánticas y garrofín. El agua también juega un rol importante en las propiedades viscoelásticas de la masa. El comportamiento viscoelástico dinámico de las masas se puede comprender teniendo en cuenta el doble rol del agua que se comporta como carga inerte reduciendo proporcionalmente las propiedades dinámicas y como lubricante mejorando la relajación
∗ Se encontró una correlación entre las respuestas de los ensayos de pequeñas deformaciones ( G´ y G´´ a 6.28 rad/s) con los obtenidos en ensayos de grandes deformaciones (fuerza de ruptura en los ensayos de extensibilidad)
∗ La aplicación de un diseño de mezcla permitió encontrar la composición de óptima de pasta libre de gluten para lograr propiedades deseables de textura (máxima extensibilidad y resistencia a la ruptura) obteniendo una masa de fácil manipulación bajo condiciones industriales. La formulación que contiene 35.5 g agua /100g masa, 2.5g gomas/100g masa, 4.7 g proteínas/100g masa, 53.3 g mezcla 4:1 de almidón de maíz y harina de maíz/100g masa, 1 g NaCl /100g masa y 2.8 g aceite de girasol /100g masa dio los valores más altos de fuerza y deformación, y valores de G´ similares a los obtenidos para una masa de harina de trigo.