FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS
FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, FÍSICAS Y NATURALES
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
Lic. En Tecnología de Alimentos: Martina Serrano Fuster
Tesis para obtener el título de Magister en Ciencia y Tecnología de Alimentos
ESTUDIO DE LA CINÉTICA DE RETROGRADACIÓN DEL ALMIDON Y DEL ENDURECIMIENTO DE LA MIGA DE PANES LIBRES DE GLUTEN
Córdoba, Argentina
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBA
FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS
FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, FÍSICAS Y NATURALES
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
Laboratorio de Química Biológica, Facultad de Ciencia Agropecuarias
Secretaria de Ciencia y Tecnología
Directora: Dra. Lorena S. Sciarini
Co-directora: Dra. Gabriela T. Pérez
Comisión de Tesis:
Evaluador Externo: Dra. María Jimena Correa
Dr. Ramón Asis
[ii]
A Dios en primer lugar por regalarme la vida
[iii]
Agradecimientos
Estoy convencida que no bastarían estas pocas palabras para expresar los agradecimientos a todas aquellas personas que colaboraron en la realización de este trabajo con su aporte científico, afectivo o material.
En primer lugar quiero agradecer a mi Directora de tesis la Dra. Lorena S. Sciarini, no solo por brindarme constantemente sus conocimientos, sino también por su paciencia, compañerismo y confianza en mí.
Quiero agradecer a la Co-directora Dra. Gabriela Pérez y a todo el grupo de investigadores del laboratorio de química biológica de la FCA-UNC por su importante colaboración y participación en la realización del trabajo.
Por último y con todo el corazón, a Dios, a mi familia, mis amigos y compañeros que en todo momento me brindaron su ayuda incondicional.
Al recordar cada momento vivido en torno a este trabajo, son innumerables las personas que han estado y están siempre, cada una de las palabras de aliento que me brindaron, significaron estar un paso más cerca de este momento.
[iv]
INDICE
DEDICATORIA ... ii
AGRADECIMIENTOS ... iii RESUMEN ... vii ABSTRACT ... ix
LISTADO DE ABREVIATURAS ... xi
LISTADO DE ILUSTRACIONES ... xii
LISTADO DE TABLAS ... xiii
CAPÍTULO 1 – INTRODUCCION ... 1
CAPÍTULO 2 – MARCO TEORICO Y ANTECEDENTES ... 5
Importancia del desarrollo de alimentos libres de gluten ... 6
Pan con gluten ... 9
Pan libre de gluten ... 11
Formulaciones de panes libres de gluten ... 11
Proteínas ... 12
Almidón ... 13
Agua ... 18
Envejecimiento del pan ... 21
Ingredientes libres de gluten ... 22
Harina de soja ... 2
Fécula de mandioca ... 23
Harina de arroz ... 23
CAPÍTULO 3 – PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA, JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS ... 25
CAPÍTULO 4 – MATERIALES Y MÉTODOS ... 28
4.2.1 Composición centesimal de las harinas ... 29
4.2.2 Calorimetría diferencial de barrido (DSC) ... 30
4.2.3 Elaboración del pan ... 31
4.2.3 a. Formulación base ... 31
4.2.3 b. Ensayos de Panificación: metodología ... 31
[v]
4.2.4 a. Volumen específico ... 33
4.2.4 b. Estructura de la miga ... 33
4.2.4 c. Dureza inicial ... 34
4.2.4 d. Color de la corteza ... 35
4.2.4 e. Humedad de la corteza ... 36
4.2.4 f. Humedad de la miga ... 36
4.2.5. Estudio del envejecimiento del pan ... 37
4.2.5 a Humedad ... 37
4.2.5 b Firmeza ... 37
4.2.5 c Simulación de horneado (calorimetría diferencial de barrido) ... 37
4.2.6. Evaluación de la formación de cristales durante el almacenamiento (Difractometría de rayos X) ... 38
4.2.7 Análisis estadístico ... 39
CAPÍTULO 5- RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 40
5.1 Composición centesimal de las harinas ... 41
5.1.1 Composición centesimal ... 42
5.1.2 Análisis de calorimetría diferencial de barrido ... 43
5.2 Análisis de calidad tecnológica de panes ... 47
5.2.1 Volumen específico ... 48
5.2.2 Estructura de la miga ... 49
5.2.3 Dureza inicial ... 50
5.2.4 Color de la corteza ... 51
5.2.5 Humedad inicial de panes (día 0) ... 51
5.3 Estudio del envejecimiento del pan ... 51
5.3.1 Humedad ... 51
5.3.2 Endurecimiento de la miga ... 54
5.3.3 Simulación de horneado (calorimetría diferencial de barrido: DSC) ... 56
5.3.3.a Horneado ... 56
[vi] 5.3.4 Evaluación de la formación de cristales durante el almacenamiento (Difractometría de rayos
X) ... 61
5.3.5 Análisis multivariado ... 62
CAPÍTULO 6 – CONCLUSIONES GENERALES ... 65
BIBLIOGRAFÍA ... 69
ANEXO ... 82
I. Cronograma y condiciones de almacenamiento ... 83
[vii]
RESUMEN
En las últimas décadas se ha incrementado la demanda de los productos libres de gluten, o sin gluten, como consecuencia del aumento del número de enfermos celíacos diagnosticados. Se observa que la disponibilidad de productos panificados para celíacos es cada vez mayor, y todos comparten un problema común: el acelerado envejecimiento. Este inconveniente que enfrenta este tipo de productos se debe principalmente al endurecimiento de la estructura durante períodos cortos de almacenamiento. Para explicar el envejecimiento del pan, se deben analizar diferentes variables a modo de observar las interrelaciones entre los cambios ocurridos durante el almacenamiento. En la presente investigación se tuvieron en cuenta variables macroscópicas, como el estudio de la disminución de la humedad en la miga y el incremento de la misma en la corteza, así como el aumento de la dureza de los panes; y variables microscópicas, como el cambio en la entalpía de retrogradación mediante un análisis de DSC y modificaciones en la fracción cristalina (DRX). Tanto la información cualitativa como cuantitativa a nivel molecular son necesarias para explicar su manifestación macroscópica. En cada variable se analizó el efecto de las materias primas y los tiempos y temperaturas de almacenamiento. Por último, se analizaron de manera conjunta las variables y sus relaciones en el proceso global del envejecimiento del pan.
El Objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto del almacenamiento a distintas temperaturas sobre la retrogradación del almidón y el endurecimiento de la miga de panes libres de gluten, relacionando la cinética de ambos procesos.
[viii] 10 días; mientras que otros panes fueron almacenados a temperaturas bajo cero (-15 °C y -30 °C) durante 7, 14, 28 y 42 días. Bajo estas condiciones de almacenamiento, se realizó un estudio sobre el envejecimiento de las piezas de pan, considerando: humedad de corteza y de miga, firmeza, retrogradación del almidón (calorimetría diferencial de barrido) y evaluación de la formación de cristales (difractometría de rayos X) durante el almacenamiento. El último estudio se aplica únicamente a los panes almacenados en las diferentes temperaturas, en los últimos días (10 y 42).
El agregado de HSA disminuyó de manera significativa respecto de la HSI la pérdida de agua de la miga en panes almacenados a tanto a 25°C como a 4°C, no habiendo diferencias significativas del efecto del tipo de harina de soja en la miga de los panes almacenado a temperaturas bajo cero (-15°C y -30 °C). En el caso de la dureza de los panes, fue más evidente el efecto positivo de la HSA, al desarrollar menor grado de dureza (gf) en las migas en comparación con la HSI. Los resultados del análisis de calorimetría diferencial de barrido, muestran que fueron significativamente diferentes aquellas muestras almacenadas a temperatura sobre cero, por lo que no se puede concluir que el tipo de harina de soja influye directamente sobre la retrogradación en almacenamientos a temperaturas sobre cero. En cuanto a la cristalinidad desarrollada durante el envejecimiento de los panes, se observaron diferencias significativas entre las formulaciones con diferentes harinas de soja. El efecto de reducción de cristalinidad en los últimos días de almacenamiento, fue mayor en los panes con HSA, incluso en aquellos panes almacenados a temperaturas bajo cero.
Conclusión. En general, la conformación de las proteínas presentes en la harina de soja ejerce un efecto significativo sobre la velocidad de endurecimiento en panes libres de gluten. El estado de las proteínas de la harina de soja influye en la migración del agua, el endurecimiento y una disminución de la transición endotérmica, siendo de interés tecnológico para lograr panes de calidad, aquellas no tratadas térmicamente. Las variables que explican en mayor medida este efecto positivo son la velocidad de endurecimiento y la reducción en la entalpía de retrogradación. Ambos fenómenos denotan las diferencias más significativas entre las diferentes formulaciones, en almacenamiento a temperaturas sobre cero.
[ix]
ABSTRACT
During the last decades it has increased the demand for gluten-free or gluten-free products as a result of the increase in the number of patients diagnosed with celiac disease. It is noted that even the availability of bread products for celiacs is growing, they all share a common problem: accelerated aging. This disadvantage is mainly due to the hardening of the structure during short periods of storage. To explain the aging of bread, different variables must be analyzed by observing the interrelationships between changes during storage. In the present investigation they were taken into account macroscopic variables, such as the study of decreasing moisture in the crumb and increasing it in the crust, and the increased hardness of the bread; and microscopic variables, as the change in enthalpy of retrogradation by DSC analysis and modifications in the crystal fraction (XRD). Both qualitative and quantitative information at the molecular level are necessary to explain macroscopic manifestation. In each variable the effect of raw materials was analyzed, and the storage times and temperatures. Finally, all variables were analyzed together, as well as their relationships, to explain the overall aging process.
The objective of this work was to study the effect of storage at different temperatures on starch retrogradation and hardening of the crumb of gluten-free breads, linking the kinetics of both processes.
To this end, rice flour, tapioca starch, whole micronized active soy flour, whole micronized inactivated soybean flour were used. the proximal composition of each raw material (moisture, ash, fat, protein, carbohydrates) was determined. Gluten-free breads were prepared using different mixtures of flour and starch, compressed yeast, chemical leavening, salt and margarine. Two different systems depending on the type of soybean flour were studied: active soy flour (HSA), containing 65% water, flour / starch basis; soy flour inactive (HSI), containing 80% water, and flour / starch basis. Technological quality of the loaves measuring specific volume, crumb structure, initial hardness of the crumb, crust color and initial moisture of the crumb and crust was evaluated. Breads made with different formulas were subjected to different storage treatments (varying time and temperature). Some breads were stored at temperatures above freezing (25 ° C and 4 ° C) for 1, 3, 7 and 10 days; while other breads were stored at temperatures below zero (-15 ° C and -30 ° C) for 7, 14, 28 and 42 days. Under these storage conditions, a study on aging of the pieces of bread was made, considering humidity of crust and crumb firmness, starch retrogradation (differential scanning calorimetry) and evaluation of crystal formation (X ray diffractometry) during storage. The latest study applies only to breads at the end of storage period (after 10 or 42 days).
[x]
hardness, the positive effect of HSA to develop lower crumb hardness (gf) compared to the HSI was more evident. The results of the analysis of differential scanning calorimetry show that were significantly different from those samples stored at temperature above zero, so it cannot be concluded that the type of soybean flour directly influences the retrogradation during storage at temperatures above zero. As to the crystallinity developed during aging of bread, significant differences between formulations with different soy flours were observed. The effect of reduction of crystallinity in the last days of storage was higher in breads with HSA, even those loaves stored at subzero temperatures.
Conclusion. In general, the conformation of the protein present in soybean flour has a significant effect on the rate of hardening in gluten-free bread. The state of protein in soybean flour influences the migration of water, the hardening and a decrease in endothermic transition, being of technological interest to achieve quality breads, The variables that best explain this positive effect is the hardening rate and the reduction in enthalpy of retrogradation. Both phenomena show the most important differences between the different formulations in storage at temperatures above zero.
[xi]
LISTADO DE ABREVIATURAS
DRX: Difractometría de rayos X
DSC: Calorimetría diferencial de barrido DSG: Dieta Sin Gluten
EC: Enfermedad Celíaca
HSA: Harina de soja activa no deslipidizada HSI: Harina de soja inactiva no deslipidizada R2: Coeficiente de regresión
T: Temperatura
Te: Temperatura de finalización To: Temperatura de inicio Tp: Temperatura de pico
TACC: Trigo, Avena, Cebada y Centeno VE: Volumen específico
[xii]
LISTADO DE ILUSTRACIONES
Figura 1. Pronóstico por Mercado regional de Bebidas y Alimentos sin gluten Figura 2. Clasificación de proteínas de harina de trigo según solubilidad
Figura 3. Esquema de la estructura de la amilosa (A); y la amilopectina (B) con un punto de ramificación en la posición C6.
Figura 4. Estructura cristalina de almidón (WAXS).
Figura 5. Termograma completo de DSC. La gráfica insertada muestra las transiciones de gelatinización (G) y (M1) y la fusión del complejo amilosa lípido (M2).
Figura 6. Esquema de retrogradación (primera y segunda) del pan Figura 7. Metodología elaboración de panes
Figura 8. Fotografía de un pan, mostrando el área seleccionada para el análisis de imagen (A). Esta selección es luego transformada en imagen de 8-bits (B)
Figura 9. Representación gráfica del espacio CIE Lab
Figura 10. Imágenes representativas de panes libres de gluten elaborados con HSA (a) y HSI (b). Figura 11. Humedad de panes almacenados a 25 °C (a), 4 °C (b), -15 °C (c) y -30 °C (d).
Figura 12. Dureza de panes libres de gluten almacenados a 25 °C (a), 4 °C (b), -15 °C (c) y -30 °C (d). Figura 13. ΔH (J/g) de panes almacenados a temperatura sobre cero (25 °C y 4 °C)
[xiii]
LISTADO DE TABLAS
Tabla 1. Composición centesimal de harinas
Tabla 2. Parámetros de las distintas transiciones sufridas por las materias primas durante el calentamiento en calorímetro diferencia de barrido (DSC)
Tabla 3. Parámetros de calidad tecnológica de panes
Tabla 4. Parámetros de gelatinización para las dos formulaciones estudiadas durante el horneado (HSA y HSI)
Tabla 5. Temperaturas de retrogradación de masas elaboradas con HSA
CAPÍTULO N°1
[2] Las personas que padecen la enfermedad celíaca (EC) no toleran las proteínas del gluten presentes en cereales como el trigo, la cebada y el centeno. Rodrigo y col (2013), definen a la enfermedad celíaca como una enteropatía autoinmune de predisposición genética producida por la ingestión de péptidos derivados de las prolaminas y glutelinas del trigo (gliadinas y gluteninas), cebada (hordeínas), centeno (secalinas) e híbridos de estos cereales, como el triticale.
Al día de hoy, el único tratamiento disponible para aliviar los síntomas de la enfermedad es la adopción por parte de los pacientes de una dieta sin gluten (DSG) de por vida (Herrera y col, 1994; Pérez‐Bravo y col 1999; García Novo y col, 2007; Riestra Menéndez y col, 2011). El cumplimiento estricto de una DSG conduce, en pocos meses, a la recuperación rápida y completa de la estructura y función normales de la mucosa del intestino delgado, así como a la remisión de los síntomas y a la normalización de las pruebas serológicas (Rodrigo y col, 2013). Esto implica que las personas que padecen enfermedad celíaca deben restringir por completo la ingesta de alimentos con gluten. Es evidente que resulta particularmente resentido el consumo de productos farináceos derivados de los cereales mencionados como los panificados. En este tipo de productos, el gluten constituye uno de los componentes fundamentales capaz de generar productos de buena calidad, en términos de volumen, estructura de miga y textura final, entre otros. El gluten es una red tridimensional formada por prolaminas y glutelinas, proteínas de almacenamiento del grano, que se forma cuando se mezclan harina y agua, y se amasa convenientemente. Las proteínas con mayor capacidad de formar esta red son las pertenecientes al grano de trigo. Durante la elaboración del pan tradicional, el gluten forma una red continua responsable de las propiedades viscoelásticas de la masa, necesarias para obtener un producto bien esponjado. Estas propiedades, a su vez, son gobernadas por las interacciones que se establecen entre las proteínas que componen al gluten, particularmente entre los macropolímeros de gluteninas unidos por enlaces disulfuro (Lindsay y Skerritt, 2000). Por esta razón, obtener un pan de buena calidad sin el aporte de gluten es una tarea muy difícil.
[3] materias primas y procesos tecnológicos alternativos para lograr que los panificados para celíacos se asemejen lo más posible a los panes tradicionales con gluten.
La ausencia del gluten a menudo resulta en una mezcla viscosa, más parecida a las masas batidas, de consistencia semi-líquida, que a una masa panaria. Las masas libres de gluten son mucho menos cohesivas y elásticas que las masas provenientes del trigo, presentan textura disgregable, son más pegajosas y difíciles de manipular. Actualmente, aunque la industria de alimentos asume los desafíos asociados a la eliminación del gluten en las formulaciones, la calidad tecnológica y nutricional de los productos es todavía deficiente (Mariotti y col, 2013). En general, los panificados sin gluten tienen inferior textura, poco desarrollo de color y corta vida útil (Gallagher y col, 2004). Sin embargo, la demanda de los consumidores de estos productos está presionando a los fabricantes a mejorar la calidad del producto (O'Neill, 2010).
El envejecimiento de los productos panificados está definido como la disminución de la aceptación por parte del consumidor, causada por cambios que no resultan de la acción de microorganismos dañinos (Betchel, 1955). Durante el almacenamiento, el pan pierde gradualmente su frescura, las alteraciones más notorias son: la pérdida de la crujibilidad de la corteza, el aumento de la firmeza y disminución de la elasticidad de la miga y los cambios en el aroma y sabor (Cauvain, 1998). El aumento en la firmeza se explica principalmente por dos procesos simultáneos: la migración de agua desde la miga hacia la corteza, y la recristalización del almidón, fenómeno conocido como retrogradación. Considerando que los panes libres de gluten tienen proporcionalmente más almidón que los panes de trigo, se puede inferir que las pérdidas económicas que causa son mayores debido a su mayor costo. A pesar de esto, el mecanismo exacto que gobierna el endurecimiento de la miga de pan es producto de controversia en la literatura científica.
[5]
CAPITULO N°2
[6]
IMPORTANCIA DEL DESARROLLO DE ALIMENTOS LIBRES DE GLUTEN
Actualmente, la EC es considerada como una enfermedad común a nivel mundial; empleando métodos serológicos, se calcula que afecta alrededor de 1:100 a 1:300 personas (García Novo y col, 2007).
La EC presenta una distribución mundial, afecta tanto a niños como a adultos y puede manifestarse con formas clínicas atípicas o silentes (Riestra Menéndez y col, 2011). Rodrigo y col (2013) postularon que es posible que el aumento de la incidencia de la enfermedad celíaca se deba, en parte, a una mejora en su diagnóstico.
En Argentina, numerosos estudios determinan la prevalencia de esta patología en la población. Un trabajo realizado en población pediátrica de la década del 90 demostró una prevalencia de 1/1377 (De Rosa y col, 1993). En un trabajo multicéntrico más reciente, realizado en 2219 niños, establece una prevalencia en la población pediátrica de 1/79 niños (Mora y col, 2010). Por otro lado, en adultos la prevalencia es de 1/167 promedio, siendo mayor en mujeres 1/124 que en hombres 1/251 (Gómez y col, 2001).
El grado de prevalencia de esta enfermedad determina la necesidad de productos libres de gluten disponibles en el mercado, ya que, hasta el momento, la dieta es el único tratamiento posible para la EC, y, el retraso en el inicio de la misma (por falta de diagnóstico oportuno) puede asociarse a un aumento de la morbimortalidad de los pacientes niños o adultos. Las dificultades en el tratamiento de la EC se relacionan con varios factores, como la falta de:
Un adecuado control de los alimentos sin gluten
Acceso y actualización de las listas permitidas
Supervisión de la respuesta a la dieta libre de gluten
Continuidad del tratamiento al normalizarse los síntomas
Procuración al paciente de herramientas que le permitan mantener una adecuada calidad de
vida
Oferta de alimentos libres de gluten en el mercado y acceso a los mismos
Control de precios sobre los alimentos aptos para consumidores celíacos, siendo productos
[7] Tomando este último punto, se conoce que los productos que componen una dieta libre de gluten son notablemente más costosos que los productos análogos con gluten. Stevens y Rashid (2008) estudiaron que, en promedio, los productos sin gluten son 242% más caros que los productos tradicionales. Un reciente estudio ejecutado en España (FACE, 2014), revela una situación semejante. El mismo concluye que una persona que debe seguir una dieta sin gluten tiene que gastar un 315,17 % más que una que no deba seguirla.
Según Bogue y Sorenson (2013) se espera que el mercado de los productos de cereales sin gluten vaya aumentando significativamente a medida que los consumidores aumenten la demanda en respuesta al aumento de los niveles de diagnóstico de la enfermedad celíaca, y también por consumidores específicos que hacen una elección voluntaria de eliminar el gluten de su dieta.
Un informe realizado en Estados Unidos sobre bebidas y alimentos libres gluten (Market Research, 2011), revela que este mercado ha crecido hasta alcanzar los US$2.64 mil millones en 2010, con una tasa de crecimiento anual compuesta de 30% durante el período 2006-2010.
En un estudio más reciente “Alimentos exentos de gluten Pronóstico de Mercado 2015-2025” (Market Research, 2015) se muestra el pronóstico con horizonte a 10 años de los productos libres de gluten:
[8] El Codex Alimentarius reconoce y establece la definición de alimentos exentos de gluten (o libres de gluten) en el 2008 (CODEX STAN 118-1979, 2008). Los define como aquellos alimentos que están constituidos o elaborados únicamente con uno o más ingredientes que no contienen trigo (es decir, ninguna de las especies de Triticum, como el trigo duro, la espelta y el kamut), centeno, cebada, avena (aunque ésta puede ser tolerada por algunos celíacos) o sus variedades híbridas, y cuyo contenido de gluten no sobrepase los 20 mg/kg en total, medido en los alimentos tal como se venden o distribuyen al consumidor; o alimentos que estén constituidos por estos ingredientes, pero que hayan sido procesados de forma tal para eliminar el gluten, y donde el contenido de gluten no sobrepase los 20 mg/kg en total. Además establece que los productos que sustituyan a alimentos básicos importantes deberán suministrar aproximadamente la misma cantidad de vitaminas y minerales que los alimentos originales a los que sustituyen (Codex Alimentarius, 2008).
En Argentina, el mercado de los productos sin TACC (trigo, avena, cebada y centeno), también emergió en los últimos años. Se internalizó la legislación internacional anteriormente mencionada en la ley nacional 18.284, el Código Alimentario Argentino, en el año 2011. Más específicamente en el Capítulo XVII de “Alimentos de régimen o dietéticos”, en el Artículo 1383 - (Resolución Conjunta SPR eI N° 131/2011 y SAGyP N° 414/2011), en donde se entiende por “alimento libre de gluten” a aquel que está preparado únicamente con ingredientes que por su origen natural y por la aplicación de buenas prácticas de elaboración —que impidan la contaminación cruzada— no contiene proteínas procedentes del trigo, de todas las especies de Triticum, como la escaña común (Triticum spelta L.), kamut (Triticum turanicum.), trigo duro, centeno, cebada, avena ni de sus variedades cruzadas. El contenido de gluten no podrá superar el máximo de 10 mg/kg.
Según la Comisión Directiva de la Cámara Argentina de Productores de Alimentos Libres de Gluten, la industria de los alimentos libre de gluten está en auge, con un crecimiento del 27 % anual desde 2009 y más de 6 mil millones de pesos en 2011, y alimentada por una abundancia de nuevos productos sin gluten en 2010 y 2011.
[9] básica y, son parte del patrón alimentario de consumo nacional. Por este motivo, la industria de alimentos sin TACC en Argentina, tiene como reto desarrollar alternativas a los productos panificados convencionales, para que los consumidores celíacos puedan realizar una dieta libre de gluten, sin modificar bruscamente su patrón alimentario.
PAN DE HARINA DE TRIGO
La historia del pan corre en paralelo a la del uso de los cereales por parte del hombre (desde el año 8.000 a. C.). Con la aparición de la agricultura el hombre se hace sedentario y comienza a utilizar los cereales en su alimentación.
En 2010, el consumo anual per cápita en la Argentina se estimó en 70,6 kg para el pan tradicional de panadería y en 4,6 kg para el pan industrial, pan de molde y bollería (Lezcano, 2012).
Parte de las proteínas del gluten son insolubles en agua o en soluciones salinas (Figura 2). Según Lindsay y Skerritt (1999) se pueden distinguir dos grupos funcionalmente distintos: gliadinas monoméricas y gluteninas poliméricas (extraíbles y no extraíbles). Las gliadinas y gluteninas se encuentran generalmente en cantidades más o menos iguales en trigo. Las proteínas del gluten tienen una composición única de aminoácidos, ya que la glutamina y prolina representan más del 50% de los residuos de aminoácidos (Eliasson y Larsson, 1993; Lasztity, 1995).
[10] La baja solubilidad en agua del gluten es atribuible a que alrededor del 30% de los residuos de aminoácidos son hidrofóbicos, y éstos contribuyen en gran medida a su capacidad para formar agregados por interacciones hidrófobas y de unir lípidos y otras sustancias no polares. La alta concentración de glutamina y prolina en el gluten es responsable de sus propiedades de unión de agua. La fracción de gliadina contribuye a las propiedades de viscosidad y extensibilidad de la masa de trigo (Pomeranz, 1987; Don y col, 2003). La fracción de glutenina tiene un papel prominente en la elasticidad y el fortalecimiento de la masa (MacRitchie, 1981; Xu y col, 2007).
Dentro de las múltiples propiedades tecnológicas que posee el gluten, las que se pueden mencionar con relevancia para panificación son las siguientes (Wang y Col, 2006): 1) viscoelasticidad, que permite que la masa de pan se expanda y contenga las burbujas de gas que produce la levadura durante la fermentación; 2) formación de película, que proporciona la capacidad a la masa de mantener las partículas sólidas en suspensión y atrapa las burbujas de gas; 3) termoseteado, durante el horneado la proteína se desnaturaliza por calor, obteniendo así una masa con una estructura rigida y esponjosa; 4) capacidad de retención de agua (WHC), que permite durante la cocción la expansión de volumen de la pieza de pan. La WHC de gluten es equivalente a aproximadamente 150- 200% de su peso seco (Pyler, 1988).
Para el desarrollo de una óptima red de gluten se necesita un amasado adecuado en tiempo y temperatura, de modo que el agua y la harina interactúen de manera tal que se genere una red proteica lo suficientemente resistente como para sostener las burbujas de aire incorporadas durante el amasado, y su siguiente expansión durante la fermentación. Durante el mezclado se van formando enlaces en la red de gluten, fortaleciendo su estructura. Luego del amasado, sigue una etapa de fermentación, división (en las piezas de pan finales), un reposo de la masa, moldeado/boleado, un segundo reposo, horneado de las piezas de pan, donde se expande la estructura y forma finales, enfriado, cortado y envasado (de ser necesario)..
[11]
PAN LIBRE DE GLUTEN
La eliminación del gluten, especialmente en las formulaciones de pan, origina masas menos consistentes que generan panes con textura disgregable (poco cohesivas) y otros defectos de calidad asociados al color y sabor. Además, el alveolado en estas formulaciones resulta deficiente.
Son numerosas las materias primas utilizadas para la elaboración de productos panificados libres de gluten. Principalmente se utilizan harinas de arroz y almidones de mandioca y maíz. Como normalmente se trata de compuestos amiláceos, de consistencia semi-líquida y de menor cohesividad y elasticidad que las masas con gluten, esto implica un cambio en la tecnología de panificación.
En los desarrollos más avanzados y novedosos se utilizan mezclas complejas de ingredientes resultantes de la combinación de harinas (arroz, sorgo, cultivos andinos y/o maíz), almidones (mandioca, papa y/o maíz) e hidrocoloides (goma xántica, goma guar y/o goma garrofín) con proteínas de diferentes fuentes (soja, caseínas y/o huevo), fibras y enzimas a fin de obtener panes de mejor calidad tecnológica, sensorial y nutricional. A pesar del agregado de las fuentes proteicas mencionadas, las masas sin gluten continúan presentando textura semejante a la de un batido, por lo que son más difíciles de manipular.
Todo lo expuesto conlleva a la modificación tecnológica y metodológica a la hora de obtener panes libres de gluten. Las amasadoras son, en general, reemplazadas por batidoras. Por lo tanto, éstas masas no son realmente “amasadas”, sino mezcladas mecánicamente (Houben y col, 2012). La masa resultante se coloca en moldes y se somete a una fermentación que oscila entre los 60 y 75 minutos, y luego son horneadas por tiempos relativamente más largos, debido a la presencia de altas proporciones de agua (Sciarini, 2011).
FORMULACIÓN DE PANES LIBRES DE GLUTEN
[12] capacidad gelificante, espesante, emulgente y estabiliza las propiedades de estos sistemas coloidales (Sabanis y col, 2009; Stojceska y col, 2010). Sin embargo, Sciarini (2011) estudió el efecto de diferentes aditivos sobre la calidad de panes libres de gluten a base de harinas de arroz y soja, y fécula de mandioca, y encontró que, a pesar de producir panes con diferentes características tecnológicas (volumen específico de las piezas, dureza y velocidad de endurecimiento de la miga, alveolado y color de la corteza), globalmente el uso de aditivo en estas matrices no produjo necesariamente panes de mejor calidad que el pan sin aditivos.
En este estudio se obtuvo una masa control con un buen desempeño a la hora de obtener panes de buena calidad. A partir de estos resultados, se concluyó que el uso de aditivos no es un requisito cuando se trabaja con el conjunto adecuado de ingredientes.
PROTEÍNAS
En los cereales, las proteínas son uno de los componentes de mayor importancia. Osborne (1907) fue el primero en separar sistemáticamente las proteínas del trigo en cuatro fracciones. Definió estas cuatro fracciones de las proteínas del trigo basándose en las diferencias de solubilidad: así llamó albúminas a las proteínas solubles en agua, globulinas a las proteínas solubles en soluciones salinas diluidas, prolaminas a las solubles en alcohol y glutelinas a las solubles en soluciones ácidas o básicas diluidas.
[13] La industria alimentaria se encuentra en la búsqueda de proteínas alternativas que puedan competir con las que actualmente dominan el mercado y que posean características nutritivas, funcionales y sensoriales adecuadas para utilizarse en el desarrollo de nuevos productos alimenticios (Mariscal, 2006). En los panificados libres de gluten las proteínas que se empleen deben ser toleradas por consumidores celíacos, deben ser de bajo costo y de producción frecuente (no sujeto a estacionalidades), y aportar aminoácidos esenciales.
De las proteínas diferentes a las de cereales, una de las más empleadas es la proteína de la soja. Es una de las proteínas vegetales de mayor importancia en la industria alimenticia debido a sus propiedades funcionales y su alto valor nutricional. Las proteínas de soja son bastante heterogéneas. Entre el 80 y el 90% del total de las proteínas de soja son proteínas de reserva, siendo las fracciones mayoritarias la glicinina (40%) y la β-conglicinina (28%). Atendiendo al método de separación de proteínas vegetales de acuerdo a su velocidad de sedimentación (Koshiyama, 1969) pueden también clasificarse como fracciones 11S (glicinina; 41.9%) y 7S (β-conglicinina y γ-conglicinina; 34 %), 2S (15 %) y 15S (9.1%), siendo estas dos últimas componentes minoritarios (Brooks y Morr, 1985). Las proteínas remanentes (entre el 10 al 20 %) están compuestas por enzimas intracelulares, como lipoxigenasa, ureasa y amilasa, hemaglutininas, inhibidores de proteína y lipoproteínas de membrana (Kinsella, 1979). La glicinina está formada por polipéptidos básicos y ácidos unidos entre sí por uniones disulfuro. Su pI es de 6,4, posee forma hexamérica (11S) a pH 8 y forma trimérica a pH ácido (3,5) del tipo 7S (Kinsella, 1979). La 7S globulina o β-conglicinina es una glicoproteína compuesta por un trímero de masa molecular 150-210 kDa con tres subunidades: α (57-76 kDa), α´ (57-83 kDa) y β (42- 53 kDa).
ALMIDÓN
Al hablar de almidón nos referimos a un homopolisacárido constituido por dos tipos de polímeros de α D glucosa (Vermeylen y col, 2006) (Figura 3). Por un lado, la amilosa, predominantemente lineal formada por enlaces α 1,4, cuya unidad repetitiva es la α maltosa con una conformación tridimensional helicoidal; y puede presentar un grado de polimerización de hasta 600 unidades de glucosa. Por otro lado, la amilopectina, molécula ramificada que contiene enlaces α 1,4 yα 1,6 en los puntos de ramificación, localizadas cada 15-25 unidades lineales de glucosa (Waigh y col, 1998). Su peso molecular que ronda entre 50-500 x 106, la convierte en uno de los polímeros naturales
[14] de ramificación, que le imparte marcadas diferencias en sus propiedades físicas en comparación con la amilosa.
Figura 3. Esquema de la estructura de la amilosa (A); y la amilopectina (B) con un punto de ramificación en la posición C6.
El almidón se sintetiza en los amiloplastos de las plantas superiores, en forma de estructuras discretas, llamadas gránulos. Estos gránulos, ubicados en los órganos de reserva de las plantas, están organizados en anillos alternados, llamados anillos de crecimiento, de zonas amorfas y semicristalinas de un radio de aproximadamente un 120-400 nm (Vermeylen y col, 2006).
[15] fueron los primeros en realizar estudios de difracción por rayos X en ángulo grande (WAXS) para distinguir los dos principales tipos de patrones de la estructura cristalina de los gránulos del almidón.
Actualmente se acepta que los almidones de cereales presentan un patrón tipo A, los almidones de tubérculos presentan un patrón tipo B, y almidones de ciertas raíces y semillas dan un patrón tipo C, que es una mezcla intermedia del patrón tipo A y B. Otro tipo de patrón es el V, y que es característico cuando se forma un complejo de inclusión en el interior de la hélice de la amilosa (Figura 4). La estructura cristalina del gránulo de almidón ha sido atribuida directamente a la amilopectina.
Figura 4. Estructura cristalina de almidón (WAXS).
[16] administra más calor, el gránulo hinchado incapacitado para retener más líquido, se rompe parcialmente y la amilosa y la amilopectina, fuertemente hidratadas, se dispersan en el seno de la suspensión.
En este punto se pierden la estructura original del gránulo; esto va asociado a un aumento en la viscosidad de la suspensión. A todo este proceso se lo llama gelatinización y se trata de la transición de un estado ordenado a otro desordenado en el que se absorbe calor. Es decir, la gelatinización transforma los gránulos de almidón insolubles en una suspensión de las moléculas constituyentes en forma individual (Martínez, 2006); en otras palabras, se produce un colapso, una interrupción en el orden molecular (se rompen enlaces puente de hidrógeno) dentro del gránulo, junto con todos los cambios concomitantes e irreversibles en las propiedades tales como la absorción de agua, hinchamiento granular, la fusión de los cristalitos, pérdida de birrefringencia, almidón solubilizado y el desarrollo de la viscosidad (Biliaderis, 2009).
El hinchamiento de los gránulos de almidón es también acompañado por la lixiviación de moléculas de almidón a partir de los gránulos. Este material es en gran parte amilosa, aunque la amilopectina también puede solubilizarse dependiendo de la naturaleza del almidón y de la severidad de las condiciones de calor y/o cizallamiento empleadas. Parte de la amilosa es lixiviada del gránulo, quedando en suspensión y, por esto, los gránulos quedan enriquecidos en amilopectina.
El almidón sufre esta transición de fase (gelatinización) durante el horneado de la masa de pan, y una pequeña cantidad del mismo, principalmente amilosa, es liberada a la región intergranular, lo que conduce a un aumento de la viscosidad del sistema. Posteriormente, durante el enfriamiento y el almacenamiento del pan, las moléculas de almidón se reasocian dando lugar a un estado más ordenado o cristalino, proceso llamado retrogradación (Atwell y col, 1988). El aumento de la dureza del pan durante su enfriamiento está dado por la retrogradación (o gelificación) de la amilosa solubilizada (formación de dobles hélices en varios segmentos de las cadenas).
[17] los 150 °C, y son resistentes a la digestión enzimática (García-Alonso y col, 1998). Una segunda retrogradación se da por la re cristalización de las moléculas de amilopectina, mediante la asociación de las pequeñas cadenas laterales de las ramificaciones (García-Alonso y col, 1998). Este segundo mecanismo explica el aumento de la dureza que se presenta en la miga durante el almacenamiento del pan.
[18]
Figura 5. Termograma completo de DSC. La gráfica muestra las transiciones de gelatinización (G) y (M1) y la fusión del complejo amilosa-lípido (M2).
Se observa el pico G, que corresponde al hinchamiento de los gránulos en la región amorfa y una fusión de cristales de almidón; el pico M1 corresponde a la fusión de los cristales más estables. El pico M2 es asignado a la fusión del complejo amilosa-lípido (Donovan, 1979; Wootton y Bamanuarachichi, 1979; Biliaderis y col, 1980; Fukuoka y col, 2002; Karlsson y Eliasson, 2003; Lelievre, 1976; Sopade y col, 2004).
AGUA
El agua es uno de los ingredientes más importantes y es esencial optimizar la cantidad requerida para cada formulación a fin de alcanzar el mejor resultado posible. En cierta manera, la formulación del pan condiciona el procedimiento de elaboración, ya que la consistencia de la masa dependerá del tipo y proporción de los ingredientes y de la cantidad de agua. Además, el agua es un importante parámetro en el proceso de endurecimiento del pan y recristalización del almidón, debido a su acción plastificante en las regiones amorfas. Con un contenido de humedad entre el 35% y el 45 %, valores que registran la mayoría de los panificados, se da la mayor cristalinidad en la miga de pan; esto indica que la cinética de deterioro por estos procesos físico-mecánicos se favorece en este tipo de productos (Biliaderis, 2009).
[19] materia grasa o lípidos debido a que se encuentra en menores porcentajes. El agua interactúa con las proteínas y cambia sus configuraciones. Las interacciones puente de hidrógeno, iónicas, hidrofílicas e hidrofóbicas determinan la configuración, plegamiento y relaciones intermoleculares de la cadena peptídica. Además, existen otras uniones como los puentes disulfuro, que se dan en varios puntos de la misma cadena o en cadena diferentes.
[20]
Figura 6. Esquema de retrogradación (primera y segunda) del pan
Además, durante el almacenamiento, el agua contenida en el pan, considerada como “humedad”, se cree que va migrando de la miga a la corteza, a medida que aumenta el tiempo de almacenamiento (Zeleznak y col, 1986; Karim y col, 2000; Gallagher y col, 2004; McCarthy y col, 2005; Ahlborn y col, 2005; Marco y col, 2008; Doporto y col, 2011; Sciarini y col, 2011; Sciarini y col, 2012; Mariotti, 2013). Esto se traduce en el endurecimiento de la miga del pan, a medida que se va secando, dándose una consecuente hidratación de la corteza del mismo.
Es inevitable el endurecimiento de la pieza de pan con el tiempo de almacenamiento. Sin embargo, existen diferentes metodologías alternativas para retardar éste fenómeno, a modo de aumentar la vida útil, una de las cuales es la incorporación de proteínas que puedan captar mayor cantidad de agua (Marco y Rosell, 2008), haciendo que disminuya la disponibilidad de la misma para hidratar los
Comienza la retrogradación de la
amilosa, disminuyendo la
interacción
amilosa/amilopectina
Al abrirse las cadenas de amilopectina el impedimento estérico es mayor, retardando la retrogradación Envejecimiento Amilopectina gelificada Masa de pan (recién horneado)Pan fresco almacenado Pan
(endurecido) Recalentado Amilopectina cristalizada Proteína Amilosa amorfa Amilosa retrogradada Amilopectina: cristalización de estructura, se cierran y
enlazan las cadenas laterales. Expulsión de
humedad(migración de agua desde la miga hacia la
[21] gránulos de almidón, por lo que la recristalización de la amilopectina, responsable de la retrogradación del pan, sería menor.
ENVEJECIMIENTO DEL PAN
Durante el almacenamiento, el pan pierde su frescura, y la corteza se humedece, la miga se hace más firme y menos elástica, y la humedad y el sabor se pierden (Hoseney, 1994). El movimiento del agua en las piezas de pan es un factor clave para el mecanismo de envejecimiento, ya que define la velocidad y el grado de endurecimiento de la miga. Con el transcurso de los días de almacenamiento, ocurre una migración del centro de las piezas de pan, a la superficie del mismo, por lo que se detecta un descenso gradual y consistente de la humedad en la miga del pan, y un incremento de la misma en la corteza (Zeleznak y col, 1986; Gallagher y col, 2004; Ahlborn y col, 2005; McCarthy y col, 2005; Marco y col, 2008; Ronda y col, 2011; Sciarini y col, 2011; Doporto y col, 2011; Crockett y col, 2011; Sciarini y col, 2012; Mariotti, 2013). El aumento de la cantidad de agua en la corteza conduce a una transición de “vidrio” a “goma” del almidón, y, como consecuencia, la corteza se vuelve suave y elástica (Eliasson and Larsson, 1993).
En el pan fresco, gran parte de la amilopectina posee sus ramas completamente desplegadas, mientras que en el pan duro se encuentran recristalizadas, registrándose un movimiento de agua de su estructura: durante el envejecimiento hay migración del agua de la miga a la corteza, y durante la retrogradación, se incorpora agua en los cristalitos (Martínez, 2006).
En 2002, Arendt y col, revisaron la calidad de los panes libres de gluten comerciales, detectando una baja calidad debido a su rápido envejecimiento, textura seca, poco cohesiva y aroma poco agradable. Los panes libres de gluten tienden a envejecer rápidamente, debido a la alta cantidad de almidón en las formulaciones. Además, debido a la ausencia de gluten existe mayor cantidad de agua disponible que origina cortezas blandas y un rápido endurecimiento de la miga (Arendt y col, 2002).
El mecanismo de retrogradación se evidencia en dos grandes aspectos: macroscópicos (fácilmente medibles y perceptibles) como endurecimiento progresivo de la miga de pan; y microscópicos (se evidencian al utilizar métodos especializados como DSC, DRX y microscopía electrónica de barrido), tales como la recristalización y migración de la humedad.
[22] resistencia o aceleran el proceso de retrogradación, en panes con y sin gluten (Pisesookbunterng y col, 1983; Zeleznak y col, 1986; Czuchajowska y col, 1989; Baik y col, 2000; Karim y col, 2000; Ribotta y col, 2004; Ribotta y col, 2005; Ronda y col, 2011; Ribotta y Rosell, 2010).
INGREDIENTES LIBRES DE GLUTEN HARINA DE SOJA
La harina de soja se utiliza en un amplio rango de alimentos, incluidos productos de panadería y cereales (Kinsella, 1979). Ha sido reconocida desde hace muchos años como un excelente medio para fortificar los productos a base de cereales, tales como pan, galletitas y pastas (León y col, 2007). Se caracteriza por poseer un alto contenido en proteínas ricas en aminoácidos esenciales que son fácilmente digeribles. Sin embargo, en panes de trigo, las propiedades viscoelásticas únicas del gluten se ven afectadas negativamente por la incorporación de soja, reduciendo el volumen de las piezas (Fleming y Sosulski, 1978; Ribotta y col, 2005). Contrariamente, se han informado efectos beneficiosos sobre la calidad tecnológica de productos panificados libres de gluten mediante la incorporación de harina de soja (Ribotta y col, 2004).
Por otro lado, se debe tener en cuenta que la soja posee factores anti nutricionales que tienen la propiedad de inhibir la acción de ciertas proteasas del sistema digestivo. Estos inhibidores se inactivan mediante un tratamiento térmico adecuado (Pringle, 1974; Cheftel, 1989).
[23] inactiva (HSI), ya que el tratamiento térmico al que se somete, desnaturaliza las proteínas por completo, inactivando la acción biológica catalítica de las mismas.
Sánchez y col (2002) encontraron que la incorporación de harina de soja en panes a base de almidones de maíz y de mandioca, y harina de arroz resultó en panes con mejores características de la miga, un tamaño grande de burbujas de gas y un elevado volumen específico.
FÉCULA DE MANDIOCA
En la formulación del presente trabajo, la fécula de mandioca, constituye la principal fuente hidratos de carbono complejos, junto con la harina de arroz, aportando cuerpo, viscosidad, absorción de agua y gomosidad a las piezas de panes horneadas.
Se diferencia de la mayoría de los almidones por su bajo nivel de materiales residuales, tales como proteínas, lípidos y cenizas (sobre todo bajos niveles de fósforo); contiene menor cantidad de amilosa en comparación con otros almidones (maíz, papa y trigo), y además, la amilosa y amilopectina que constituyen este almidón de mandioca son de mayor peso molecular que otros almidones (Breuninger y col, 2009).
HARINA DE ARROZ
Entre las harinas utilizadas para la obtención de panificados libres de gluten, la de arroz es una de las más apropiadas, debido a su bajo contenido de prolaminas, bajo contenido de sodio, alta digestibilidad del almidón, composición aminoacídica balanceada y sabor suave (Marco y Rosell, 2008). Sin embargo, a las proteínas de arroz se las considera tecnológicamente inadecuadas para el procesamiento de alimentos, al ser extremadamente insolubles y muy hidrofóbicas. Por lo tanto, son incapaces de formar una red que retenga los gases producidos durante la fermentación y el horneado (Marco y Rosell, 2008). Como consecuencia, el dióxido de carbono formado durante la fermentación no puede ser retenido en las masas de harina de arroz, originando productos con un bajo volumen específico y migas duras (Marco y Rosell, 2007).
[24] panificación, es necesario hidratar la harina de arroz, en mayor medida que aquellas masas con harina de trigo.
[25]
CAPÍTULO N° 3
[26]
3. 1 Planteamiento general y justificación
El número de personas que padecen la enfermedad celíaca va en aumento en el mundo de hoy, quizás esto se deba al avance en las técnicas de diagnóstico más que a la prevalencia real. Hasta la fecha, el único tratamiento efectivo para las personas que sufren celiaquía es seguir una dieta libre de gluten. Sin embargo, la obtención de panes sin gluten de calidad comparable a la del trigo es un desafío que todavía sigue vigente. Se observa que la disponibilidad de productos panificados para celíacos es cada vez mayor, aunque todos comparten un problema común: el acelerado envejecimiento. Este inconveniente que enfrenta este tipo de productos se debe principalmente al endurecimiento de la estructura durante períodos cortos de almacenamiento. A pesar de las complicaciones tecnológicas y las pérdidas comerciales que acarrea el endurecimiento de los productos panificados, en especial por el mayor costo que tiene la producción de alimentos aptos para celíacos, el mecanismo que gobierna el envejecimiento de estos productos no se conoce con exactitud.
Considerando lo expuesto, se torna necesario esclarecer el mecanismo de endurecimiento de los panes libres de gluten, de modo tal de incrementar su vida de anaquel.
3.2 Objetivos
3.2.1 Objetivo general
Estudiar el efecto del almacenamiento a distintas temperaturas sobre la retrogradación del almidón y el endurecimiento de la miga de panes libres de gluten, relacionando la cinética de ambos procesos.
3.2.2 Objetivos Específicos
• Evaluar el efecto de las diferentes harinas de soja (activa e inactiva) en la retrogradación del almidón y el endurecimiento de los panes libres de gluten.
• Estudiar la influencia del almacenamiento a distintas temperaturas sobre la cinética de endurecimiento de la miga de panes libres de gluten.
• Estudiar la influencia del almacenamiento a diferentes temperaturas sobre la cinética de retrogradación del almidón.
[27]
[28]
CAPÍTULO N° 4
[29]
4.1 Materiales
En la elaboración de panes se emplearon las siguientes materias primas: harina de arroz
(Dimax, Argentina), fécula de mandioca (Dimax, Argentina), harina de soja micronizada activa entera, harina de soja micronizada inactiva entera (Nicco, Argentina).
4.2 Métodos
4.2.1 Composición centesimal de las harinas
Proteínas:
Se determinó el contenido de nitrógeno de las muestras por medio del método de micro-Kjeldahl modificado para ácido bórico. Se realizó una mineralización de 200 mg de muestra para fécula de mandioca y harina de arroz, y 50 mg para harina de soja activa y harina de soja inactiva, con H2SO4
a 400 °C en un mineralizador (Raypa, Terrassa -Barcelona, España). El amonio resultante se destiló sobre ácido bórico empleando un destilador automático (VELP Scientifica, Usmate, Italia) y se tituló con HCl. El porcentaje de proteína total se calculó con N x 6,25 a excepción de la harina de arroz, para la que se utilizó un factor de 5,9.
Humedad:
El contenido de humedad se determinó por diferencia de peso antes y después de calentar en estufa a 135 °C a presión atmosférica, durante 2 horas (Método 44-19, AACC internacional, 2000). Se pesaron exactamente 2 g de harina. La humedad se calculó con la siguiente fórmula:
Donde:
PI es el peso inicial de la muestra
PF es el peso final de la muestra seca luego de la estufa.
Los resultados se expresaron como porcentaje de humedad. Cenizas
(PI- PF) x 100
[30] El contenido de cenizas se determinó por diferencia de peso antes y después de calentar en mufla a 550 °C hasta peso constante 2 g de harina exactamente pesados (Método 08-01, AACC Internacional, 2000).
Materia grasa
El contenido de materia grasa se determinó por el método de Soxhlet, por diferencia de peso, en 2 g de muestra por harina, extrayendo la materia grasa por destilación con hexano (Método 30-25, AACC Internacional, 2000)
4.2.2 Calorimetría diferencial de barrido (DSC)
Se determinaron las transiciones térmicas de las harinas luego del calentamiento en un calorímetro diferencial de barrido (DSC 823, Mettler-Toledo, Zurich, Suiza).
Se realizaron las siguientes mediciones para cada harina:
Gelatinización de harinas y almidones:
Con 65 % de agua para: harina de soja activa, harina de arroz y fécula de mandioca
Con 80 % agua para: harina de soja inactiva, harina de arroz y fécula de mandioca
Con exceso de agua (300% de agua) para: harina de arroz, fécula de mandioca y las
harinas de soja tanto activa como inactiva
Para evaluar el comportamiento durante el horneado y retrogradación de la amilopectina en las harinas bajo estudio, se pesaron ~40 mg de las harinas y la cantidad de agua enunciada anteriormente, en cápsulas de aluminio de 100 µL de capacidad y se sellaron. Posteriormente, se hornearon en el calorímetro empleando el programa de calentamiento según León y col (1997), calentando de 30 a 110 °C, a una velocidad de 11,7 °C/min. Esta metodología busca simular la dinámica de calentamiento que ocurre durante el horneado de las piezas de pan.
Retrogradación:
[31] 4.2.3 Elaboración del pan
4.2.3 a. Formulación base
Se elaboraron los panes libres de gluten utilizando la siguiente formulación: 45 g fécula de mandioca, 45 g harina de arroz y 10 g de harina de soja (activa o inactiva, según corresponda), 3 g de levadura prensada comercial (Calsa, Lanús, Argentina), 2 g de sal de mesa (Dos anclas, Buenos Aires, Argentina), 0,1 g de leudante químico (Dos anclas, Buenos Aires, Argentina) y 2 g de margarina (Dánica, Llavallol, Argentina). Se estudiaron dos sistemas diferentes según su contenido de agua y el tipo de harina de soja empleado:
Con harina de soja activa (HSA): contenido 65 % de agua, base harina/almidón.
Con harina de soja inactiva (HSI): contenido 80 % de agua, base harina/almidón.
La cantidad de agua que se incorporó a cada formulación se seleccionó de manera tal que la consistencia de las dos masas –medida con un texturómetro- sea la misma. El contenido de agua que debe ser incorporado en ambos sistemas es diferente debido a la distinta capacidad de absorción que presentan las dos harinas de soja empleadas.
4.2.3 b. Ensayos de Panificación: metodología (Figura 7)
[32] almacenarlos. Para evaluar el efecto de diferentes tratamientos de almacenamiento sobre el envejecimiento del pan, los panes fueron almacenados en bolsas de polietileno bajo las temperaturas que se muestran en la Figura 7.
Figura 7. Metodología elaboración de panes
Ingredientes Mezclado de ingredientes 1°Batido
1°Fermentación 2°Batido
2°Fermentación
Horneado Desmolde Almacenamiento
25 °C
4°C
-15°C
-30 °C Días: 1, 3, 7, 10
[33] 4.2.4. Evaluación de la calidad tecnológica del pan
4.2.4 a. Volumen específico
El volumen de la pieza de pan se determinó por desplazamiento de semillas de colza. El volumen específico (VE) se obtuvo dividiendo el volumen de la muestra por su peso.
4.2.4 b. Estructura de la miga
Para analizar la estructura de la miga se obtuvieron dos rodajas (1,5 cm de espesor) de la región central de cada pan y cada rodaja fue escaneada con un escáner fotográfico (HP SCANJET G3010, Palo Alto, EUA). La imagen en formato de archivo TIFF se analizó con el programa de análisis de imágenes Image J 1,41 National Institutes of Health, EUA. Se seleccionó manualmente de la parte central de la rodaja un área de igual tamaño en todos los panes, que fue representativa de la miga total de cada rodaja. Las imágenes se convirtieron luego en imágenes de 8 bits (escala de grises) y se analizaron en blanco y negro (0 negro, 255 blanco). Las imágenes de la miga están constituidas por pixeles que poseen información en escala de grises, donde los más oscuros corresponden a los alvéolos, y los más claros a las paredes alveolares. Se obtuvo un histograma de niveles de gris de cada imagen de 8-bits, utilizando el programa Image J. En general, una imagen en escala de grises compuesta por objetos oscuros y distintivos en un fondo claro, contiene regiones homogéneas con límites bien definidos que conducen a un histograma bimodal con dos picos de intensidad. Los dos picos corresponden a los puntos que se encuentran dentro y fuera del objeto. La intersección entre ambos picos corresponde al valor de gris de los puntos que se encuentran en el borde del objeto. Este valor de gris se toma como umbral, y los pixeles con un valor de gris mayor se asocian al fondo (claro), mientras que los pixeles con un valor menor al umbral corresponderán al objeto (oscuro) (Figura 8). Sin embargo, en imágenes tomadas de la miga del pan, la transición alvéolo/fondo no es uniforme. Para obtener un umbral representativo en la escala de grises, el histograma obtenido fue deconvolucionado en dos picos Gaussianos, y luego ajustados (con un coeficiente de regresión R2 > 0,993) utilizando el
programa PeakFit v4 (Jandel Scientific, San Rafael, EUA). La intersección entre las dos curvas Gaussianas fue seleccionada como el valor umbral de gris. Se obtuvo un valor para cada imagen analizada, donde los pixeles con un valor de gris mayor al umbral fueron asociados a la pared de los alvéolos, mientras que aquellos con un valor menor se consideraron alvéolo.
[34]
Tamaño promedio de alvéolo: área promedio de los alveolos. Área de un alvéolo = número de
pixeles que forman al alvéolo multiplicado por el área de un pixel.
Número total de alvéolos: cantidad de alvéolos por unidad de superficie de miga de pan.
Área relativa de alvéolos: es el porcentaje del área total que corresponde al área ocupada por
alvéolos. Relación entre el área total ocupada por alvéolos y el área total analizada.
Uniformidad: es la relación entre el número de alvéolos pequeños (0,15<x<2,00 mm2) y el
número de alvéolos mayores (2,00< x<10,00 mm2).
Figura 8. Fotografía de un pan, mostrando el área seleccionada para el análisis de imagen (A). Esta selección es luego transformada en imagen de 8-bits (B). A partir de esta imagen se obtiene un histograma de los valores de gris, que es deconvolucionado para obtener dos curvas; el punto de intersección entre ambas se considera el valor de gris umbral. Todos los pixeles con un nivel de gris por encima de este valor de umbral son convertidos en blanco (miga de pan), y por debajo del umbral en negro (alvéolos) (C). Tras la aplicación de este umbral, se binariza la imagen de 8-bits, obteniéndose la imagen mostrada en (D).
4.2.4 c. Dureza inicial
[35] de espesor del centro de cada pieza. El ensayo se realizó utilizando un texturómetro Instron (Massachusetts, EUA) equipado con la celda de compresión de 50 kg y una sonda de penetración de 25 mm de diámetro. El centro de cada rodaja de pan se sometió a una compresión de 40% y el ensayo se realizó a una velocidad de 5 mm/s. Se realizó el análisis de dureza a 2 piezas de pan por cada muestra (4 rodajas en total) 2 horas luego del horneado.
4.2.4 d. Color de la corteza
[36]
Figura 9. Representación gráfica del espacio CIE Lab
4.2.4 e. Humedad de la corteza
Con una cuchilla se separó cuidadosamente la corteza de la miga, tomando como criterio la diferencia de coloración entre ambas. Se consideró corteza a aquella que presente coloración marrón. Se pesaron cuidadosamente 1,5 g de corteza de las piezas de pan de cada uno de los lotes (muestra de dos panes por lote). Las muestras se colocaron en una estufa con circulación forzada de aire a 105 °C hasta peso constante. La humedad se calculó por diferencia de peso (ver sección 4.2.1). La determinación de humedad se realizó por duplicado.
4.2.4 f. Humedad de la miga
[37] 4.2.5 Estudio del envejecimiento del pan
4.2.5. a. Humedad
Luego de que los panes fueron almacenados en las condiciones presentadas en el punto 4.2.2 c, se determinó la humedad según el método descrito anteriormente, tanto para la corteza, como para la miga de los panes con los siguientes tratamientos:
1, 3, 7 y 10 días (panes almacenados a 25 °C y 4 °C)
7,14, 28 y 42 días (panes almacenados a -15 °C y -30 °C)
4.2.5 b. Dureza
La evolución del endurecimiento de la miga luego del almacenamiento correspondiente de cada pieza de pan, se determinó de acuerdo al método AACC 74-09 (AACC Internacional, 2000) como se describió anteriormente (4.2.4). Las muestras almacenadas a temperaturas inferiores a 25 °C se dejaron atemperar durante 2 horas, antes de su medición. El análisis se realizó sobre panes con los siguientes tratamientos:
1, 3, 7 y 10 días (panes almacenados a 25 °C y 4 °C)
7,14, 28 y 42 días (panes almacenados a -15 °C y -30 °C)
A su vez, se calculó la velocidad de endurecimiento de la miga, mediante la ecuación: velocidad = dureza/tiempo.
4.2.5 c. Simulación de horneado y retrogradación
[38] A partir de la integración de las curvas de flujo de calor en función de la temperatura, se obtuvieron los siguientes parámetros:
Entalpía y temperaturas de inicio, pico y conclusión de la fusión de los nuevos cristales
formados
4.2.6. Evaluación de la formación de cristales durante el almacenamiento (Difractometría de rayos X)
La difracción de rayos X (DRX) es una de las herramientas más importantes en la caracterización de sólidos cristalinos. El ordenamiento de largo alcance (formación de cristales) en los gránulos de almidón se demuestra a través de esta técnica.
En el presente trabajo, se realizaron ensayos de DRX para evaluar el perfil de cristales en las piezas de pan al final del almacenamiento. Los rayos X son radiaciones electromagnéticas, y los que más interesan en el campo de la cristalografía son aquellos que disponen de una longitud de onda alrededor de 1 Å, pues esa longitud de onda es muy próxima a las distancias entre los átomos y por lo tanto es capaz de interaccionar con éstos y dar así información sobre los mismos.
[39] 4.2.7 Análisis estadístico
Se hornearon 240 panes en total para realizar los estudios de calidad y envejecimiento. Por cada técnica se realizaron 4 repeticiones de cada tratamiento (dos panes cortados en medias rodajas), salvo los análisis de DSC, que se realizaron por triplicado para cada tratamiento.
Los resultados se informan como promedio ± desvío estándar.
[40]
CAPÍTULO N° 5
[41] La demanda del desarrollo de nuevos productos para personas que padecen la enfermedad celíaca se encuentra en notable crecimiento. Sobre todo, la elaboración de nuevas fórmulas panarias que integren harinas sin gluten de diferentes orígenes, de alto valor proteico, capaces de imitar la calidad de los panes con gluten, tal como su volumen, esponjosidad, textura, etc.
En la presente investigación, se utilizaron fécula de mandioca, harina de arroz, harina de soja activa, logrando obtener un pan libre de gluten con buenas características tecnológicas aun sin la incorporación de aditivos. Esto se debe, en gran medida, a la interacción entre el almidón de mandioca y las proteínas de la soja nativas presentes en la harina activa (Sciarini y col, 2012).
Si bien en anteriores trabajos (Sciarini y col, 2012) el efecto de la harina de soja activa sobre la recristalinización del almidón de mandioca quedó demostrada, lentificando el proceso de endurecimiento, en el presente estudio se pretendió comparar la influencia de diferentes temperaturas de almacenamiento, el estado de proteínas de soja (activa e inactiva) y de los días de almacenamiento sobre el mecanismo de endurecimiento del pan y la cinética de retrogradación del almidón.
5.1 Caracterización de las harinas
5.1.1 Composición centesimal
En la Tabla 1 se presenta la composición centesimal de las harinas/féculas utilizadas en la formulación de panes libres de gluten.
Tabla 1. Composición centesimal de harinas empleadas
Harina Fécula de
mandioca
Harina de arroz Harina de soja Activa
Harina de soja Inactiva Proteínas (%) 0,08 ± 0,02 7,12 ± 0,01 37,80 ± 0,04 38,20 ± 0,09
Cenizas (%) 0,17 ± 0,16 0,97 ± 0,05 9,80 ± 0,64 10,89 ± 0,06
Lípidos (%) 1,82 ± 0,06 5,71 ± 2,96 26,87 ± 0,14 25,39 ± 0,07
Carbohidratos (%) 86,53 ± 0,12 74,36 ± 0,76 17,87 ± 0,20 19,30 ± 0,06 Humedad (%) 11,40 ± 0,25 11,84 ± 0,04 7,66 ± 0,001 6,22 ± 0,02
[42] Los valores para la fécula de mandioca, la harina de arroz, la HSA y la HSI están de acuerdo con los expuestos en el trabajo de Sciarini (2011). El gran aporte de proteínas a la formulación de panes viene dado por la elevada fracción proteica de la harina de soja, tanto activa como inactiva.
5.1.2 Análisis de calorimetría diferencial de barrido de las materias primas
Martina Serrano Fuster [43]
Tabla 2. Parámetros de las distintas transiciones sufridas por las materias primas durante el calentamiento en calorímetro diferencia de barrido (DSC)
Muestra Primer calentamiento Segundo Calentamiento
65% DE AGUA
ΔH (J/g) To ( °C) Tp ( °C) Te ( °C) ΔH (J/g) To ( °C) Tp ( °C) Te ( °C)
F.de mandioca -15,54 ± 0,69a 55,07 ± 1,80 a 64,63 ± 0,38a 98,27 ± 0,70a -7,07 ± 0,43a 45,815 ± 0,95a 57,38 ± 0,05a 74,49 ± 1,17a
Harina de arroz -1,54 ± 0,14a 61,08 ± 2,51a 68,73 ± 0,28a 75,85 ± 1,55a -5,20 ± 0,36a 46,56 ± 0,23a 57,00 ± 0,41a 70,92 ± 0,64a
HSA Primer pico
HSA Segundo pico -2,63 ± 0,22-0,31 ± 0,04a 107,74 ± 0,6886,11 ± 4,20 a 112,76 ± 0,5890,93 ± 2,03 a 118,01 ± 0,6395,77 ± 2,49 a ND ND ND ND ND ND ND ND
80% DE AGUA
F. de mandioca -14,30 ± 0,73a 55,65 ± 0,01a 64,29 ± 0,01a 82,48 ± 0,78b -6,38 ± 0,23a 46,82 ± 0,20a 57,59 ± 0,46a 72,58 ± 0,63a
Harina de arroz -3,65 ±0,02 b 61,85 ± 0,15a 68,02 ± 0,20a 76,04 ± 0,18a -4,22 ± 0,19a 46,43 ± 0,76a 57,84 ± 0,30a 70,64 ± 1,29a
HSI -3,17 ± 0,33a 102,76 ± 0,70a 109,625 ± 0,67a 116,75 ± 0,24a ND ND ND ND
300 % DE AGUA
F. de mandioca -11,14 ± 1,14a 58,13 ± 0,45a 66,98 ± 0,26b 75,61 ± 0,16c ND ND ND ND
Harina de arroz -8,76 ± 0,07c 61,21 ± 0,60a 67,33 ± 0,71a 73,66 ± 1,29a -1,37 ± 0,01b 91,24 ± 0,36b 97,82 ± 0,45b 102,44 ± 0,08b
HSA -2,54 ± 0,04a 93,86 ± 0,22b 98,63 ± 0,11b 102,63 ± 0,13b ND ND ND ND
HSI -2,67 ± 0,19a 90,91 ± 0,44b 97,11 ± 0,03b 102,05 ± 0,23b ND ND ND ND
Letras diferentes entre mismas harinas con diferentes cantidades de agua corresponden a datos significativamente diferentes (p<0,05). ND: No determinado, ΔH:
