Desarrollo de productos horneables (galletas)
con endulzantes de bajas calorías*
María A. Fanianos, Marlene Halfen y Alicia H. de Dienes Escuela de Ingeniería Química Facultad de Ingeniería Universidad Metropolitana
Se elaboraron galletas dulces sin azúcar con Nutrasweet0, un edulcorante artificial no calórico optimizando las condiciones de formulación y horneo. Se escogieron como variables independientes la temperatura de horneo, el tiempo de horneo, los niveles de endulzante y del material de relleno. Las variables medidas experimentalmente (variables dependientes) fueron endulzante residual, textura y evaluación sensorial. Para el estudio se prepararon 25 combinaciones diferentes de las variables independientes de acuerdo a un diseño experimental rotacional y los resultados experimentales se analizaron utilizando RSM (metodología de superficie de respuesta) generando los gráficos de contorno producidos por las respuestas óptimas con ayuda del programa SAS (Sta-tistical Analysis System). Las condiciones óptimas obtenidas fueron 170-180 °C y 15-17 minutos para el horneo, con 0.12% de endulzante y 20% Maltodextrina/Polidextrosa reemplazando a la sacarosa. La recuperación del Nutrasweet después del horneo es mayor del 90% y la estructura de las galletas es más frágil que las elaboradas con sacarosa. Los valores sensoriales fueron buenos para las óptimas y en algunas muestras se registraron comentarios de "amargo-salado".
Introducción
La reducción calórica en productos alimenticios que contienen sacarosa (4 kcal/g.) por sustitución con endulzantes no nutritivos ha sido objeto de gran variedad de nuevos productos alrededor del mundo en los últimos veinte años, especialmente en alimentos líquidos como refrescos y postres (Dziezak, 1986).
En estos productos el agua, por ser muy económica y no poseer calorías, puede reemplazar al azúcar sin afectar significativamente las propiedades texturales y de proceso de alimento. Sin embargo, la sustitución del azúcar en alimentos de baja humedad representa un reto importante debido a la necesidad de reemplazar la masa de azúcar por pequeñas cantidades de los endulzantes sintéticos de alta potencia, sin afectar la aceptación por el consumidor y las variables de proceso del producto.
En productos horneables el problema es más complicado aún debido a los requisitos de estabilidad térmica del endulzante sintético por la pérdida de potencia y el desarrollo de malos sabores durante el horneo los cuales disminuyen la palatabilidad del producto (Homler, 1984).
Recientemente (1993), Monsanto desarrolló una versión estable al calor del Nutrasweet, uno de los endulzantes sintéticos y no calóricos más populares de la última década a través de un proceso especial de microencapsulación con cera. Hasta ahora no era factible el uso del Nutrasweet encapsulado en la mayoría de los productos horneables debido a las importantes propiedades funcionales del azúcar como son lo crujiente, perfil de dulzura, color y conservación del producto. Por esa razón la clave del éxito de esta tecnología estriba en la búsqueda de ingredientes sustitutos funcionales del azúcar pero que no aporten valor nutricional.
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de la Universidad MetropolitanaLas limitaciones nutricionales de estos sustitutos funcionales del azúcar está relacionada con su digestibilidad (Deis, 1993). A pesar de que todos los carbohidratos en principio aportan el mismo valor de combustión químicamente, los carbohidratos complejos tales como los almidones tienden a hidrolizar más lentamente en el tracto digestivo disminuyendo la absorción y así reduciendo la disponibilidad calórica al cuerpo.
Aún más, algúnos carbohidratos como la polidextrosa (una versión modificada de los almidones de papa o maíz) es prácticamente indigerible y sólo aporta 1 kcal/g vs 4 kcal/g de la sacarosa.
Las propiedades físicas de la polidextrosase asemejan a las de la sacarosa pero produce ciertas molestias estomacales de modo que los porcentajes de uso en la fórmula son limitados
(The Nutrasweet Co. 1991).
Otro polisacárido complejo llamado maltodextrina se puede utilizar ya que su digestibilidad es un poco menor que la de la sacarosa y puede ser utilizada en combinación con la polidextrosacomo sustituto funcional del azúcar.
En la tabla 1 se pueden apreciar (Verdi, 1993) otros carbohidratos complejos que se han sugerido como sustitutos funcionales pero la mayoría presenta limitaciones en todos los aspectos ya mencionados.
Tabla 1
Propiedades fisicoquímicas de la sacarosa y de sus sustitutos funcionales
Valor calórico Límite de consumo Dulzura
Kcal / g. por la laxatividad
g/dia
Sacarosa 4 1.0
Fructosa 4 75-100 1.2
Polydextrosa 1 70-90 -
Manitol 2 20 0.5
Sorbitol 4 50-70 0.6
Maltodextrina 4 - sweet
Xilitol 4 50 0.6
Maltitol 4 140 0.8
Lactitol nd 50 0.3
Isomalt nd 50 0.5
nd - no determinado
Materiales y métodos
Materias primas
Harina suave (7-9% de proteína), azúcar refinada de caña, margarina salada (aceite vegetal emulsificado), huevos frescos, bicarbonato de sodio, vainilla líquida, fueron todos obtenidos de una planta comercial de galletas. Todos estos productos están sujetos a control de calidad rutinario en esta empresa.
de corte de alambre (wire-
ANALES
rT1
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EL Nutrasweet encapsulado (Aspartame) fue obtenido directamente de la compañía Nutrasweet
(Monsanto). La Maltodrextrina 18 DE se obtuvo de un productor local de almidón de maíz (Alfonzo
Rivas), la Polidextrosa marca Litesse de Pfizer, a través de un representante legal.
Formulación
Se utilizó una fórmula base de galleta dulce procesada en equipo
cut) para todas las evaluaciones de acuerdo a la siguiente receta:
Ingrediente %
Harina
46.8
Margarina
18.7
Huevos frescos
13.1
Azúcar
21.2
Vainilla líquida
0.1
Bicarbonato
0.1
La fórmula sin azúcar fue preparada a partir de esta receta básica y reemplazando el azúcar de
acuerdo al diseño experimental. Se mezclaron lotes de un kilogramo en una batidora Kitchen Aid
mol-deándose a mano galletas de aproximadamente 12 g. c/u y se hornearon en bandejas no
adheribles en horno de convección Superba 27, de acuerdo a las condiciones específicas en el
diseño experimental.
Evaluaciones instrumentales y químicas
Humedad:
La humedad se determinó por pérdida de peso de muestras de 5 g. tomadas de las
galletas horneadas y secadas en una estufa a 100°C durante ocho (8) horas hasta peso constante.
Aspartame residual: Se
determinó por cromatografía gas líquido de alta presión (HPLC),
determinando la concentración de diketopiperazina, un subproducto de la degradación térmica
del aspartame y por integración se recalculó la concentración de aspartame con ayuda del estándar
apropiado.
Textura: La
dureza (compresión) y la fracturabilidad (fuerza de rotura) fueron determinados en un
equipo Universal Instrom 1125. Se utilizó una celda de compresión de 2.500 kg y una carga del
5% se colocó sobre la muestra. La velocidad de penetración fue de 5 mm/min y la velocidad del
registrador de 20 mm/min. La cabeza penetró al 30% de la profundidad de la muestra.
Análisis químico:
La determinación de grasa se realizó por el método de Goldfish. El azúcar se
determinó utilizando la reacción de Fehling . Las proteínas se determinaron por Kjeldhal. La ceniza
se analizó por pérdida de peso en cenizas. Todos estos análisis fueron realizados sólo en las
fórmulas óptimas luego de haberse completado todas las demás evaluaciones físicas.
Evaluación sensorial: Se
realizó una prueba de preferencia para establecer la aceptabilidad relativa
de las 25 fórmulas evaluadas. Se usó una escala hedónica de 5 puntos. Las muestras fueron
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evaluadas para color, sabor y textura como atributos claves por 8 panelistas no entrenados (usuarios de galletas). Las 25 fórmulas fueron presentadas a los jueces en forma aleatoria permitiendo que cada juez registrara sus propios puntajes en una planilla adecuada bebiendo agua entre muestra y muestra.
Los resultados se registraron como promedios para todos los puntajes de todos los panelistas y un valor global de aceptación se usó como promedio para las tres variables sabor, textura y color a las que se otorgó peso igualitario.
Diseño experimental
Se utilizó la técnica RSM (Metodología de respuesta de superficie para optimizar las fórmulas y las condiciones de proceso. Se asumió que el proceso es un sistema afectado por 4 variables independientes (factores experimentales): temperatura de horneo (X,), tiempo (X2), Nutrasweet (X3) y % relleno (X4) y las 4 variables dependientes (medidas experimentales) fueron % recuperación de Nutrasweet (Y1), evaluación sensorial (Y2), dureza (Y3) y fracturabilidad (Y4).
Para el diseño experimental se escogió un diseño rotacional compuesto (Cochran & Cox 1957) con 4 variables independientes.
Para el diseño se requieren 31 experimentos con 16 puntos factoriales (42), 8 puntos adicionales (puntos estrellas) para formar el diseño y el punto central replicado 7 veces (tabla 2). Los rangos centrales fueron escogidos de acuerdo a lo siguiente :
Variable
Valores codificados
Rango
-2 -1 O 1
1
Temperatura ('C)
121
149
177
204
232
28
Tiempo (min)
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
2.5
Nivel de Aspartame (%)
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0.02
Pol
-Malt e/o)
16
18
20
22
24
2
Tabla 2
Valores codificados del diseño experimental rotacional
Formula
X1
Temp °C
X2
Tiempo min
X3
'Yo NS
X4
VoMD/PD
1
-1
-1
-1
-1
2
1
-1
-1
-1
3
-1
1
-1
-1
4
1
1
-1
-1
5
-1
-1
1
-1
6
1
-1
1
-1
7
-1
1
1
-1
8
1
1
1
-1
9
-1
-1
-1
1
10
1
-1
-1
1
11
-1
1
-1
1
12
1
1
-1
1
13
-1
-1
1
1
14
1
-1
1
1
15
-1
1
1
1
16
1
1
1
1
17
-2
O
O
O
18
O
O
O
O
19
O
-2
O
O
20
O
2
O
O
21
O
O
2
O
22
O
O
O
O
23
O
O
O
-2
24
O
O
O
2
25
O
O
O
O
26
O
O
O
O
27
O
O
O
O
28
O
O
O
O
29
O
O
O
O
30
O
O
O
O
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La tabla 3 muestra las 31 corridas experimentales del diseño. Las superficies de respuesta fueron obtenidas utilizando el procedimiento RSREG del SAS (Statistical Análysis System) del Instituto SAS.
Tabla 3
Formulaciones con diferentes combinaciones de temperatura (X 1 ), tiempo (X2), Nutrasweet (X 3) y % MD/PD (X 4) usado en diseño experimental central de segundo orden
Run X I
Temp. °C
X, Tiempo min.
X, % NS
X, % MD/PD
1 149 12.50 0.10 18.00
2 204 12.50 0.10 18.00
3 149 12.50 0.10 18.00
4 204 12.50 0.10 18.00
5 149 12.50 0.10 18.00
6 204 12.50 0.14 18.00
7 149 12.50 0.14 18.00
8 204 12.50 0.14 18.00
9 149 12.50 0.14 22.00
10 204 12.50 0.10 22.00
11 149 17.50 o.10 22.00
12 204 17.50 0.10 22.00
13 149 12.50 0.10 22.00
14 204 12.50 0.14 22.00
15 149 17.50 0.14 22.00
16 204 17.50 0.14 22.00
17 121 15.00 0.14 20.00
18 232 15.00 0.12 20.00
19 177 10.00 0.12 20.00
20 177 20.00 0.12 20.00
21 177 15.00 0.12 20.00
22 177 15.00 0.08 20.00
23 177 15.00 0.16 16.00
24 177 15.00 0.12 24.00
25 177 15.00 0.12 20.00
26 177 15.00 0.12 20.00
27 177 15.00 0.12 20.00
28 177 15.00 0.12 20.00
29 177 15.00 0.12 20.00
30 177 15.00 0.12 20.00
Los gráficos de contorno fueron generados asignando valores constantes (puntos centrales) a dos de las cuatro variables y luego resolviendo el polinomio de regresión de segundo grado:
4 4 3 4
7C
k=BkO +1,Bkx+EBkx'2+1, 1, k x i i " =i+t
como un cuadrado de las otras dos variables y graficando con el uso del procesador GCONTOUR del mismo programa SASGRAPH (1988).
Resultados y discusión
La tabla 4 muestra los resultados de las 25 corridas más la aplicación del punto central del diseño experimental.
Tabla 4
Datos experimentales para `1/0 de Nutrasweet (Y1), evaluación sensorial (Y2), dureza (Y3) y fracturabilidad (Y4) con combinaciones diferentes de temperatura de procesamiento (X1),
tiempo (X2) % Nutrasweet (X3) y % MD/PD (X4) usadas en el diseño experimental
Formula %NS(R) Aceptación Dureza (kgf)
.75
Fract. (kgf)
3.33 2 60 2.55 64.79 5.83 3 100 3.17 93.75 3.33
4 10 1.72 77.41 6.04
5 100 2.83 79.79 N.A.
6 86 3.59 74.38 5.83
7 96 3.09 95.31 6.88
8 18 2.09 72.50 6.88
9 100 1.96 29.58 N.A.
10 85 4.09 55.94 3.96
11 100 3.01 65.63 11.25
12 30 2.41 59.83 7.08
13 100 2.50 98.54 3.33
14 86 2.83 55.95 2.92
15 100 3.04 77.50 10.63
16 29 2.80 39.38 21.25
17 67 1.08 10.29 N.A.
18 O 1.76 77.92 4.79
19 92 3.50 85.00 16.88
20 79 4.17 100.83 11.88
21 100 4.54 70.13 4.58
22 97 4.47 62.24 10.00
23 100 4.30 51.25 16.67
24 96 4.13 106.13 21.92
25 89 4.05 76.30 29.17
26 92 4.07 75.45 30.12
27 87 4.32 82.34 27.50
28 91 3.92 79.45 25.80
29 84 4.37 84.36 31.40
30 90 4.21 82.16 28.40
TIME 14115.0
\\\
123
10.0
\\k
FIGURE I.
(SI as a functIon rc callao tempera and ase
7••■■■
17.5
149 177 204 232
PROCY,SE 7244PPRA:1111,P,
121
010 0.12 0.14
4SPAYLIFSE LESIL
FIGURE 2.
asortmellon,of 1~4 44,4 4114 43104 49`41-t11,' 24 -
)
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Se muestran algunos gráficos de contorno seleccionados para aquellos factores que fueron estadísticamente significativos en el análisis de regresión.
La temperatura de horneo (X,) y el tiempo (X2) tienen un efecto significativo sobre la estabilidad térmica del Nutrasweet (Y,) expresado como la relación porcentual entre la cantidad de endulzante añadido a la galleta y la cantidad analizada luego del horneo, los máximos valores de recuperación (90-100%) se obtienen alrededor de 150 PC/17.5 min y a 185 'C/12 min. La figura 1 muestra un incremento de estabilidad a temperaturas más bajas y tiempos menores de horneo.
También existe correlación significativa entre la recuperación de Nutrasweet (Y,) y el Nutrasweet agregado (X3) y la Maltodextrina/Polidextrosa (X4). En la figura 2, altos niveles de Nutrasweet y altos niveles de Polidextrosa/Maltodextrina producen una mejor estabilidad térmica y mayores rendimientos luego del horneo.
Otras interacciones significativas encontradas fueron dureza (Y 4) vs temperatura (X,) y tiempo (X2) tal como se muestra en la figura 3, con valores óptimos de 15 min/1709C, dureza (Y4) vs Nutrasweet añadido (X3) y MD/PD (X4) como se muestra en la figura 4 con los mayores valores a 12% de Nutrasweet y 20% MD/PD, (Y3) dureza vs. temperatura (X1) y tiempo (X2) como se muestra en la figura 5 con valores máximos alrededor de 18 min./170"C y dureza (Y3) vs. tiempo (X2) y PD/MD (X4) de acuerdo a la figura 6 que muestra un incremento de la dureza al aumentar el tiempo de horneo a un nivel de 18-20°/. PD/MD.
FIGI5IZE 3.
Ohav forre OS 10WICt. RXRpf.tlire t.,
20.0 173
1111111 II 15.0 123 10.0
. . .
121 149 17'7 704 232
YROCUS 11,1PER VEYNE
121 149 177 214 232
VROVES., ItiM11190:113. rcj
No se encontró correlación estadística entre los valores sensoriales (Y2) y las variables dependientes. Sin embargo, parece haber una tendencia a preferir valores menores de PD/MD alrededor de 15% y valores promedio de Nutrasweet de 12%. Los valores sensoriales también muestran una preferencia para galletas horneadas a mayores temperaturas y tiempo (180,C/15 min) quizá debido a lo crujiente de las galletas más secas. Los valores de humedad (no presentados aquí) revelan que valores de humedad bajos (3-5%) incrementan los valores sensoriales.
No existe relación entre la dure.za (Y3) y fracturabilidad (Y4) con la temperatura (X,) y tiempo (X2) de horneo, y tampoco para los valores sensoriales (Y2) y estas dos variables físicas. Sin embargo, parece haber una correlación entre galletas más duras y secas contra los valores sensoriales.
Lj
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Conclusiones
Se elaboraron exitosamente en el laboratorio galletas dulces sin azúcar y con Nutrasweet.
Las condiciones óptimas de horneo son 170-180,C y 15-17 min.
La mezcla Polidextrosa/Maltodextrina (mezcla 2:1) a nivel total de 20% fue usada como funcional de la sacarosa en las galletas.
Los valores sensoriales para las galletas sin azúcar eran altos para las fórmulas óptimas a pesar de algunos comentarios sobre "amargo-salado".
Las galletas sin azúcar son más frágiles que las normales.
Se recomienda continuar la investigación con otros endulzantes sintéticos y sustitutos funcionales del azúcar, con el fin de mejorar al sabor, la textura y reducir aún más el contenido calórico del producto terminado.
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