DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LAS GALLETAS ANTES Y DESPUÉS DE HORNEAR, REALIZANDO VARIACIONES EN LA CANTIDAD DE LOS
COMPONENTES ACTIVOS
María Alejandra Cárdenas Rueda, Andrés Felipe Verdugo Quevedo.
Resumen: El objetivo de esta investigación fue estudiar el comportamiento de las propiedades macroscópicas, microscópicas y moleculares de las galletas antes y después de hornear, realizando variaciones en la concentración de los componentes activos (azúcar, harina y grasa/margarina) en la formulación base. Se preparó el control con una fórmula base de azúcar 34%p/p, harina 34%p/p y margarina 21%p/p. Se realizó la variación en la formulación utilizado un diseño de experimentos factorial con 3 factores (Azúcar, Harina y Margarina) y 2 niveles en cada factor (Alto y bajo) con una réplica. El experimento se ejecutó dos veces utilizando azúcar granulada y azúcar pulverizada. La masa fue sometida a pruebas reológicas de flujo y rampa de temperatura para determinar la viscosidad de la suspensión; también se caracterizó su estructura con el infrarrojo cercano NIR (Near-infrared spectroscopy). Las galletas horneadas se evaluaron midiendo diámetro, espesor, dureza y tamaño de poro. Según el análisis estadístico se encontró que a nivel macroscópico la composición de las galletas tiene un efecto significativo en propiedades como el diámetro, el espesor, la dureza y la viscosidad. El diámetro es afectado por la cantidad de azúcar y harina; el espesor es afectado por los tres componentes activos y sus interacciones; la dureza es afectada principalmente por el contenido de harina debido a la presencia de proteínas y la formación de gluten; y la viscosidad es afectada principalmente por el contenido del componente graso. Además se caracterizó la masa de las galletas como un fluido viscoelástico con capacidad de recuperar parcialmente su estado sólido inicial; esta clasificación se le atribuye al componente graso. Adicionalmente se encontró que la propiedad microscópica de porosidad también es afectada por la variación de los componentes activos, principalmente azúcar y grasa; dependiendo de la composición se generaron diferentes distribuciones y tamaños de poro. Finalmente, el espectro infrarrojo generado por la masa de las galletas tuvo un comportamiento similar al espectro de la sacarosa encontrado en la literatura; sin embargo presentó valores de absorbancia diferentes debido a la influencia de los demás componentes de la masa. La comparación entre el comportamiento del espectro generado experimentalmente y el espectro encontrado en la literatura para masa de galletas permitió evidenciar que la variación de los componentes activos no afecta significativamente el comportamiento de esta propiedad molecular.
INTRODUCCIÓN
En las últimas décadas la alimentación ha pasado de ser una necesidad fisiológica a convertirse en un elemento de riguroso cuidado para la población colombiana. Bajo la premisa “eres lo que comes”, se encontró que a finales de 2007, el 59% de los colombianos realizaron cambios en su alimentación tales como la reducción en el consumo de grasas, harinas y azúcar y el aumento de vegetales y frutas (Arango, 2011). Los consumidores son más conscientes de la salud de su cuerpo y de adquirir nuevos hábitos alimenticios.
Por su parte, el mercado de las galletas ha crecido de manera considerable, particularmente en el sector de productos saludables. En Colombia este mercado es liderado por Noel con el 58% de la participación total. Según el Gerente de Mercadeo de Noel, Mauricio Serrano, el segmento de galletas saludables pesaba 7% en el 2009 y ha crecido positivamente por encima de los demás segmentos ( IAlimentos, 2009). Para el 2014, la categoría de galletas en Colombia creció a 7.4% y en Centroamérica a 7.2% según Alberto Hoyos Lopera, Presidente de Galletas Nutresa. (La República, 2014)
La formulación de galletas consta de tres ingredientes fundamentales: azúcar, harina y grasa. Dada la demanda actual de los consumidores de alimentos saludables, el reemplazo de grasa y azúcar así como la incorporación de fibra en las galletas resulta de gran interés. Sin embargo, esta reformulación afecta significativamente a las propiedades de las galletas (Laguna Cruañes, 2015). Según Germán Hernández, Director Comercial de la División Sabores en la zona Pacto Andino, Centroamérica y Caribe de Firmenich, para los colombianos la búsqueda de productos saludables está jugando un papel importante, sin embargo la prioridad es el placer de comer” (Arango, 2011). Por esta razón es necesario que los alimentos ofrezcan las mismas propiedades sensoriales aunque su valor nutricional sea diferente.
En la búsqueda de reducir el contenido de azúcar en las galletas, se han realizado diferentes estudios para la sustitución o eliminación de la misma, evitando que se afecten las propiedades del producto final. Dichos estudios se basaron en la sustitución de azúcar y grasa. La sacarosa fue reemplazada por lactitol, sorbitol y maltitol mientras que la grasa fue reemplazada por polidextrosa y maltodextrina. El resultado obtenido muestra que propiedades como humedad, textura y dureza
cambiaron de forma desfavorable para un panel sensorial evaluador de las pruebas. (Zoulias, Oreopoulou, & Kounalaki, 2002)
En estudios posteriores se realizaron experimentos reemplazando la sacarosa por fructosa o tagatosa en diferentes niveles desde 25% a 100%. Los resultados obtenidos indicaron que las propiedades reológicas, físicas y sensoriales, tanto de la masa como de las galletas horneadas, son similares a la fórmula control usando como sustituto parcial la tagatosa. (Taylor, Fasina, & Bell, 2008).
El objetivo de este estudio fue realizar variaciones en la concentración de los componentes activos (azúcar, harina y grasa/margarina) de una fórmula control de galletas, para entender el comportamiento de las propiedades macroscópicas (diámetro, espesor, dureza y viscosidad), microscópicas (porosidad) y moleculares (espectro infrarrojo).
MATERIALES Y MÉTODOS Materiales y fórmula de galleta
Harina de trigo fortificada (LA AMERICANA®, Harinera del Valle S.A.), azúcar granulada (INCAUCA, INCAUCA S.A.), azúcar pulverizada (Almacenes LA 14) margarina de mesa y cocina (La Fina, GRASCO), polvo para hornear (ROYAL, Mondeléz International), canela molida (EL REY, EL REY S.A.), sal (REFISAL, Brinsa S.A.), huevos rojos (SANTA REYES).
La fórmula y el método de la preparación de las galletas corresponden a la descrita por (McWatters, Quedraogo, Resurreccion, Hung, & Phillips, 2003): La margarina y el azúcar se mezclan usando una batidora eléctrica durante 2.5 minutos. Luego se baten los huevos y se pesan en un tazón para ser mezclados con la crema margarina/azúcar durante 1.5 minutos. En otro recipiente se mezclan los demás ingredientes secos. La mitad se agrega a la mezcla, la cual es batida durante 20 segundos. Después se añade la otra mitad y la mezcla completa es batida durante 10 segundos a velocidad alta. La mitad de la masa se ubica sobre papel parafinado y con ayuda de 2 tablas se consigue un espesor uniforme de 0.8 cm. Posteriormente se hacen cortes circulares uniformes de 5 cm utilizando un molde metálico. La masa restante será utilizada para la caracterización necesaria. Finalmente se ubican las galletas en una bandeja de aluminio y se hornean a 190.6°C durante 15 minutos.
Diseño experimental
Se seleccionó un diseño de experimentos factorial con 3 factores (Azúcar, Harina y Margarina) y 2 niveles en cada factor (Alto y bajo) con una réplica, obteniendo un total de 16 experimentos. El procedimiento se realizó nuevamente sustituyendo el azúcar granulada por pulverizada. La concentración de los componentes secundarios (Huevos, sal, canela, polvo para hornear) se estableció manteniendo las relaciones de la fórmula de control, con el fin de asegurar que el cambio en las propiedades se atribuya a la variación de los componentes activos. La Tabla 1 lista la cantidad de cada componente para dichas formulaciones.
Tabla 1. Formulación para el control y galletas con los diferentes niveles de componentes activos
Cantidad (g)
Componente Control + + + - - - + + - + - + - + + - - + - + - + - - Harina 75.50 75.50 65.22 86.22 65.22 95.90 65.22 126.21 65.22 Azúcar 75.00 75.00 40.63 85.64 80.91 40.63 40.63 40.63 103.96 Margarina 47.00 47.00 25.10 25.10 50.70 59.70 81.80 25.10 25.10 Huevos 24.00 24.00 90.28 24.54 24.67 25.27 33.45 29.34 27.09 Polvo para hornear 1.00 1.00 1.17 1.00 1.00 1.00 1.39 1.22 1.13 Canela 0.50 0.50 0.59 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 Sal 0.40 0.40 0.42 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 + corresponde al nivel alto de azúcar, harina y/o margarina (en orden)
- corresponde al nivel bajo de azúcar, harina y/o margarina (en orden)
La concentración de los componentes activos en cada nivel se seleccionó como se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2. Concentración de los componentes activos en nivel alto, medio y bajo del diseño factorial.
Concentración (%p/p)
Alto Bajo
Azúcar 34 18
Harina 34 29 Margarina 21 11
Los criterios para la selección de los porcentajes de cada componente se describen a continuación:
Nivel Alto de Azúcar, Harina y Margarina
Ya que se requiere comparar la formulación base con formulaciones de adición y remoción de los tres componentes activos, el nivel alto se estableció en la concentración de la fórmula control de la siguiente forma: Azúcar 34%p/p, Harina 34%p/p y Margarina 21%p/p.
Nivel Bajo de Azúcar
(Zoulias, Oreopoulou, & Kounalaki, 2002) reemplazaron el azúcar por otros productos bajos en calorías que proporcionan principalmente volumen y edulcorantes para dar dulzura y suavidad a las galletas. De ahí que el criterio de selección corresponde a la densidad calórica que se reduce con productos como sorbitol (2.4 cal/g), lactitol (2 cal/g) y maltitol (2.1 cal/g) respecto a la sacarosa (4 cal/g). En promedio la densidad calórica se reduce 46%. En este proyecto no se realizó la sustitución de la sacarosa sino que se redujo la cantidad de la misma recalculando la concentración de azúcar en la formulación base, obteniendo una concentración de 18%p/p.
Nivel Bajo de Harina
El nivel bajo de harina se seleccionó con base en la legislación colombiana que rige a las empresas de producción industrial de alimentos procesados. Esta reglamentación establece un límite mínimo de sustitución de harina de trigo por harina integral para clasificar un producto como “integral”. El porcentaje de harina reducido que se determinó para el diseño experimental de este estudio utilizó como criterio el límite inferior de dicha ley (15%), teniendo en cuenta la densidad calórica que aportan los dos tipos de harina: harina integral (3400 cal/g), harina de trigo refinada (3530 cal/g)
Nivel Bajo de Margarina
(Zoulias, Oreopoulou, & Tzia, 2000) reemplazaron la grasa contenida en la margarina por otros productos como polidextrosa y maltodextrina, los cuales reducen las calorías y proporcionan efectos similares sobre la textura y el sabor, sin embargo se encontraron problemas en la dureza del producto.
En estudios posteriores (Zoulias, Oreopoulou, & Kounalaki, 2002) reemplazaron el 50% de la grasa por polidextrosa y maltodextrina cuyas densidades calóricas corresponden a 1000 cal/g y 4000 cal/g, respectivamente. Teniendo en cuenta que la densidad calórica de la margarina es 36800 cal/g, se calculó que en promedio la densidad calórica se reduce en 93%.
En este proyecto no se realizó la sustitución de la grasa sino que se redujo la cantidad de la misma recalculando la concentración de margarina en la formulación base, obteniendo una concentración de 11%p/p.
Medición de Propiedades
Para la determinación del efecto de la composición en las propiedades de las galletas se utilizó una aproximación del diseño Multi Escala donde se midieron las propiedades macroscópicas, microscópicas y moleculares de la mezcla antes y después de hornear. Propiedades macroscópicas:
Las propiedades físicas y reológicas medidas fueron diámetro, espesor, dureza y viscosidad. El diámetro y espesor de las galletas horneadas se midió utilizando un pie de rey. Se ubicaron cuatro galletas en línea y se midió el diámetro total (D1). Luego cada galleta se rotó 90° y nuevamente se midió el diámetro total (D2). Se calculó un promedio entre las dos mediciones anteriores y este se dividió entre 4 para determinar el diámetro promedio de una galleta. (Zoulias, Oreopoulou, & Kounalaki, 2002). De igual manera, para la medición del espesor se apilaron cuatro galletas una sobre la otra midiendo el espesor total (E1). Luego se apilaron las mismas cuatro galletas cambiando el orden y nuevamente se midió el espesor total (E2). Se calculó un promedio entre las dos mediciones anteriores y este se dividió entre 4 para determinar el espesor promedio de una galleta.
Para la medición de la dureza se realizó una prueba de fractura de galletas donde se mide la fuerza necesaria para quebrar una galleta. Sobre la galleta se ubicó un cristal con un recipiente encima. El recipiente se llenó de agua hasta quebrar la galleta. Finalmente se pesó el agua.
Para la masa de galletas se evaluó la viscosidad utilizando el reómetro de esfuerzo controlado TA Instruments ARG2® ubicado en el laboratorio ML-305 del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de los Andes. Se realizó una prueba reológica de flujo y una rampa de temperatura.
Propiedades microscópicas
Se analizó la distribución y el tamaño de poro de forma cualitativa, mediante fotografías tomadas con la cámara de digital Panasonic Lumix DMC-FZ60 de 201600 pixeles, a una distancia de 5 cm de las galletas horneadas.
Propiedades moleculares
Evaluación cualitativa del comportamiento del espectro generado a nivel molecular en el infrarrojo cercano FOSS NIR Systems 6500.
Análisis estadístico
Según el diseño de experimentos, se obtuvieron ocho formulaciones diferentes con respecto a la concentración de los componentes activos ya nombrados. Con el fin de mitigar el error en las mediciones se realizó una réplica por cada toma de datos en las diferentes propiedades de la masa y las galletas. Así mismo, se realizó una réplica de cada formulación planteada. Es decir, que por cada formula diseñada se realizaron como mínimo cuatro mediciones.
Para el análisis estadístico utilizó el software Minitab 15 (Stadistical Software). Se realizó un diseño experimental factorial de dos niveles y tres factores. Se hizo un análisis de varianza (ANOVA) entre las mediciones. El valor de significancia utilizado fue 0.05.
RESULTADOS Y ANÁLISIS
Para el análisis estadístico se realizaron dos pruebas con el fin de verificar los supuestos del diseño factorial para cada una de las propiedades. En primer lugar, se realizó la prueba no paramétrica de Anderson Darling para comprobar que efectivamente los residuos tienen una distribución normal. En segundo lugar, se realizó una prueba Bartlett para comprobar la homogeneidad de varianzas. Además, para cada propiedad se graficaron los residuos con el
objetivo de verificar el supuesto de aleatoriedad. Una vez se confirmaron los supuestos, se procedió al análisis estadístico de cada propiedad.
Propiedades macroscópicas
Se evaluó el desempeño de las características de la masa y de las galletas horneadas. La tabla 3 presenta un resumen de las propiedades físicas promediadas de las galletas horneadas, utilizando azúcar granulada y azúcar pulverizada.
Tabla 3. Resultados promedio de los diferentes niveles de componentes activos
Propiedades macroscópicas
Diámetro [cm] Espesor [cm] Dureza [N] Viscosidad [Pa.s] Azúcar granulada (AG)
+ + + 6,53 0,78 18,07 12665,18
- - - 6,15 0,97 4,36 86,90
+ + - 6,53 1,10 22,48 27599,55
+ - + 7,51 0,58 10,88 7017,39
- + + 5,01 1,64 16,27 6368,14
- - + 6,64 0,73 2,54 2557,31
- + - 4,53 1,42 44,34 35225,00
+ - - 7,50 0,72 21,21 30918,45
Azúcar pulverizada (AP)
+ + + 7,47 0,61 16,41 8240,16
- - - 6,79 1,08 3,58 58,44
+ + - 6,46 1,06 26,62 23933,95
+ - + 7,31 0,52 7,02 6069,07
- + + 4,83 0,98 12,15 4766,12
- - + 6,32 0,76 1,96 1668,84
- + - 4,54 1,79 15,69 15492,45
+ - - 8,11 0,60 3,26 5562,52
+ corresponde al nivel alto de azúcar, harina y/o margarina (en orden) - corresponde al nivel bajo de azúcar, harina y/o margarina (en orden)
Diámetro
En la tabla 3 se puede observar que los diámetros más pequeños de las galletas hechas con azúcar granulada (AG), corresponden a las galletas con niveles bajos de azúcar. Sin embargo, de acuerdo al análisis de varianza se encontró que, con un nivel de confianza del 95%, los únicos factores que influyen significativamente en el diámetro de las galletas AG
son azúcar y harina, excluyendo la grasa y las interacciones entre los distintos componentes.
Según el análisis estadístico de los resultados, se puede afirmar que la relación entre la cantidad de azúcar y el diámetro de las galletas horneadas es directamente proporcional, es decir que se alcanzan diámetros mayores en formulaciones cuya concentración de azúcar es alta. Por el contrario, la relación entre la cantidad de harina y el diámetro es inversa, lo que quiere decir que las galletas tienen un diámetro mayor respecto al control si se emplea una concentración baja de harina; sin embargo la harina es un factor importante en el espesor de la galleta.
De igual manera, los resultados obtenidos para las galletas hechas con azúcar pulverizada (AP) muestran que los componentes que influyen significativamente en el diámetro son azúcar y harina con las mismas relaciones de proporcionalidad. Sin embargo, también son significativas las interacciones entre azúcar-harina y harina-grasa.
Espesor
A simple vista se atribuye el aumento del espesor de las galletas AG principalmente a la concentración de harina. En la tabla 3 se observa que el espesor más alto corresponde a las galletas con nivel alto de harina y que el espesor más bajo también corresponde a las galletas con el nivel bajo de harina. Lo anterior se comprobó en el análisis estadístico, el cual dice que la relación entre espesor y harina es directamente proporcional. Sin embargo también se encontró que todos los factores y sus interacciones, exceptuando harina-grasa, son significativos para explicar el comportamiento del espesor de las galletas; teniendo en cuenta un nivel de confianza del 95%. Estos últimos tienen una relación inversa con el espesor
Al realizar una comparación entre el espesor de las galletas AG y las galletas AP se puede notar que estas tienen un espesor menor. Esto se debe a que los componentes activos tienen un comportamiento distinto. Según el análisis, todos los componentes y sus interacciones afectan significativamente el espesor de las galletas AG, excepto la interacción azúcar-harina-grasa.
Dureza
Como se dijo anteriormente, el mecanismo utilizado para la determinación de la dureza de las galletas horneadas fue una prueba de fractura. De esta manera se midió la fuerza necesaria para quebrar una galleta. En la tabla 3 se observa que, tanto para las galletas AG como para las galletas AP, el nivel alto de grasa (--+) es el que presenta menor dureza ya que la fuerza requerida es menor; por lo que se afirma en primera instancia que la grasa es el componente con mayor efecto sobre esta propiedad.
Sin embargo, según el análisis estadístico se afirma con un nivel de confianza del 95% que la harina, la grasa y las interacciones entre todos los factores son significativamente influyentes en la dureza de las galletas AG; siendo el azúcar el único factor no significativo. Por otro lado, el análisis estadístico de la dureza en las galletas AP mostró que con una significancia del 5%, todos los componentes activos y sus interacciones, excepto azúcar-grasa, son influyentes. Al igual que en las galletas AG, el componente con mayor efecto sobre la dureza es la harina.
Según un estudio realizado sobre la influencia de los diferentes tipos de harina en la dureza de las galletas, se encontró que las galletas con mayor contenido de proteína fueron asociadas con las galletas más duras (Gaines, Kassuba, Finney, & Donelson, 1992). La desnaturalización de las proteínas presentes en la harina debido a la alta temperatura, genera un cambio estructural que unido a la pérdida de humedad, también debida a la alta temperatura, implican un aumento en la dureza de las galletas horneadas. Lo anterior explica el resultado del análisis estadístico, el cual afirma una relación directa ente el componente harina y esta propiedad.
El otro componente con mayor efecto sobre la dureza de las galletas horneadas es la grasa. Según el análisis estadístico, la relación grasa-dureza es inversa; es decir que las galletas con nivel bajo de grasa son las más duras, confirmando los resultados de la tabla 3. La explicación radica en que cuando el contenido de grasa se reduce, las partículas de harina se hidratan con mayor facilidad y por lo tanto hay mayor formación de gluten; esto genera una masa más dura y por lo tanto las galletas horneadas presentan mayor dureza.
Viscosidad
En el reómetro ARG 2 se realizaron dos pruebas sobre la masa de las galletas para la evaluación de la viscosidad y del comportamiento del fluido.
En primer lugar, se realizó una prueba de flujo en la que se obtiene la relación entre viscosidad-velocidad de cizalla. Los resultados de la prueba de flujo de la primera réplica, tanto para las galletas AG como para galletas AP, se muestran en escala logarítmica en las gráficas 1 y 2.
Gráfica 1. Prueba de flujo de la réplica 1 de las galletas AG
Gráfica 2. Prueba de flujo de la réplica 1 de las galletas AP 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 100000000
0.001 0.01 0.1 1
V isco si d a d [ Pa .s]
Velocidad de cizalla [1/s]
+++ 1 ++- 1 +-+ 1 -++ 1 --+ 1 -+- 1 +-- 1 --- 1 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000
0.001 0.01 0.1 1
V isco si d a d [ Pa .s]
Velocidad de cizalla [1/s]
+++ 1 ++- 1 +-+ 1 -++ 1 --+ 1 -+- 1 +-- 1 --- 1
Según la revisión bibliográfica, la mayoría de los fluidos alimenticios son Pseudo-Plásticos. En estos se disminuye la resistencia a la deformación al aumentar el esfuerzo cortante; es decir, disminuye la viscosidad aparente (ing.unlp.edu.ar, 2015). Sin embargo, en las pruebas de flujo se observa que la viscosidad de la masa de las galletas disminuye con aumentos en la velocidad de cizalla, además si no se aplica un esfuerzo cortante al fluido este se comporta como un sólido, es decir, no se deforma. Por lo anterior es posible clasificar la masa de las galletas como un fluido viscoelástico el cual tiene la capacidad de recuperar parcialmente su estado sólido inicial. Esta clasificación se le atribuye en gran parte al componente activo grasa, ya que la mantequilla hace parte de este tipo de fluidos. La diferencia entre el experimento con bajo nivel de azúcar, harina y grasa, y los demás experimentos radica en que el primero tiene una alta concentración de huevo (40%), por lo tanto las características del fluido son desplazadas hacia el comportamiento reológico del huevo.
En segundo lugar, se realizó una rampa de temperatura en un rango entre 25°C y 180°C para evaluar la viscosidad en desde la temperatura de preparación de la masa (Temperatura ambiente) hasta la temperatura de horneado. En las gráficas 3 y 4 se presenta la rampa de temperatura de la primera réplica para las galletas AG y AP en escala logarítmica para el eje de viscosidad.
Gráfica 3. Rampa de temperatura de la réplica 1 de las galletas AG 1 10 100 1000 10000 100000
25 45 65 85 105 125 145 165
V isco si d a d [ Pa .s] Temperatura [°C] +++ 1 ++- 1 +-+ 1 -++ 1 --+ 1 -+- 1 +-- 1 --- 1
Gráfica 4. Rampa de temperatura de la réplica 1 de las galletas AP
Durante la prueba de rampa de temperatura, se lleva a cabo en todas las masas un cambio estructural, una transición de una matriz semi liquida a una matriz sólida, esto se debe a que la temperatura alcanzada en esta prueba es de 180 °C.
Dicho cambio estructural se le atribuye en parte a la generación de burbujas de CO2, consecuencia del aumento de temperatura, lo que genera la disminución de módulos viscoelásticos en la masa. La otra parte de la transformación que sufre la masa para ser una galleta, se debe a la gelatinización del almidón y a la coagulación de proteínas presentes en la harina. (Martínez Cervera, 2013).
Observando las gráficas obtenidas en las pruebas realizadas se puede identificar en cada experimento un punto de inflexión que cambia completamente la dirección de la curva. Dicho punto indica la perdida de módulos visco elásticos y la transición de masa a galleta. Según la revisión bibliográfica la presencia de azúcar modifica la temperatura en la que se genera el punto de inflexión en la curva, hecho que se puede constatar con los resultados obtenidos tanto para experimentos AP como para AG. De allí se puede afirmar que a mayor cantidad de azúcar, la coagulación de proteínas se da a temperaturas más altas contribuyendo a la liberación de más CO2.
1 10 100 1000 10000 100000
25 45 65 85 105 125 145 165
V
isco
si
d
a
d
[
Pa
.s]
Temperatura [°C]
+++ 1
++- 1
+-+ 1
-++ 1
--+ 1
-+- 1
+-- 1
Entrando en detalle, en cada gráfica de rampa de temperatura se presenta una serie de picos en la curva. En experimentos con AG se hacen evidentes al inicio de la prueba y final de la prueba. Este tipo de comportamiento se le atribuye a la presencia de granos de considerable tamaño de azúcar en la masa. La presencia de este tipo de partículas genera unos momentos de fricción alta entre ambos platos ocasionando un aumento momentáneo de esfuerzo y por ende un crecimiento parcial en la viscosidad aparente de la mezcla. A medida que la temperatura empieza a elevarse los granos de azúcar se vuelven líquidos y se mezclan con la masa homogéneamente, en ese momento la curva deja de presentar picos y se llega al punto de inflexión mencionado previamente.
Posteriormente, cuando se solidifica la masa, se vuelven a presentar picos al finalizar la prueba por la presencia de moronas de galleta, que en este caso son los que generan la fricción en el equipo. Análogamente, en los experimentos con AP se presenta este tipo de comportamientos únicamente a temperaturas altas, luego del punto de inflexión. Esto se explica mediante el argumento ya expuesto, dado que la masa no tiene partículas de tamaño considerable no existe fricción en el equipo, haciendo que la medición sea más precisa y se eviten ruidos por este tipo de elementos. De igual manera al solidificarse la masa se hacen evidentes los característicos picos en la lectura de la viscosidad en experimentos con AP. Adicionalmente los resultados de viscosidad de la masa a 25°C se analizaron estadísticamente. En la Tabla 3 se observan resultados de viscosidad muy diferentes entre el nivel bajo de los tres componentes activos (---) y los demás experimentos lo cual confirma los resultados de la prueba de flujo; sin embargo no se pueden ver claramente las diferencias entre los otros experimentos.
El análisis estadístico permite afirmar que con un nivel de significancia del 5%, el único factor que afecta la viscosidad de la masa es la grasa en las galletas AG. Por otro lado, se observó que en las galletas AP los tres componentes activos son significativos y la interacción harina-grasa.
Propiedades microscópicas
En la gráfica 5 se observan las imágenes tomadas a partir de una cámara digital, de la porosidad de las galletas horneadas hechas con azúcar granulada y pulverizada. Se pueden
observar diferentes distribuciones y tamaños de poro, por lo que es posible afirmar que la variación en los componentes activos si tiene un efecto importante sobre la porosidad de las galletas y su textura.
a b c d
e f g h
i j k l
m n o p
Gráfica 5. Imágenes de poro para los diferentes experimentos (a) +++ AG, (b) --- AG, (c) ++- AG, (d) +-+ AG, (e) -++ AG, (f) --+ AG, (g) -+- AG, (h) +-- AG, (i) +++ AP,
(j) --- AP, (k) ++- AP, (l) +-+ AP, (m) -++ AP, (n) --+ AP, (o) -+- AP, (p) +-- AP. + corresponde al nivel alto de azúcar, harina y/o margarina (en orden) y – al nivel bajo
En estudios registrados en la literatura, se han analizado muestras de galletas con microfotografías a partir del microscopio electrónico de barrido SEM. En dicho estudio se encontró una gran cantidad de material globular que se atribuye a la presencia de componentes grasos. Además, la mayoría de los poros internos son bloqueados por la capa de grasa compacta de la superficie de las galletas, y solo unos pocos poros son expuestos al medio; y aunque los poros son más grandes al interior de las galletas, el material globular es el fenómeno predominante. (Hicsasmaz & Clayton, 1992) Según lo anterior, las galletas con nivel alto de grasa deben presentar gran cantidad de material globular, y por lo tanto una apariencia compacta. En la gráfica 5 se puede comprobar esta afirmación en (f) y (n), nivel alto de grasa para las galletas AG y AP.
En las muestras obtenidas de las diferentes variaciones en la composición, se encontró que las galletas con nivel alto de harina y bajo de azúcar y grasa, hay menor cantidad de poros en la superficie, es decir que las galletas son más compactas con mayor material globular. Esto se puede atribuir a la formación de gluten. Por otro lado, se encontró que las galletas que presentan mayor cantidad de poros son aquellas cuyo nivel de harina es bajo.
También se posible observar que las galletas AG (a-h) se diferencian de las galletas AP (i-p) ya que las últimas lucen más compactas lo cual se debe a las aglomeraciones formadas por el tipo de azúcar y el tamaño de partícula, puesto que es evidente que el tamaño de partícula del azúcar granulada es mayor al del azúcar pulverizada.
En cuanto a la distribución, se puede ver que las galletas con nivel bajo de azúcar presentan tamaños de poros más uniformes (b, e, g, j, m, o); mientras que las galletas con nivel alto de azúcar presentan poros de tamaños variados, por ejemplo (c) y (k).
Propiedades moleculares
En las gráficas 6 y 7 se presenta el espectro infrarrojo de la masa de las galletas AG y AP, en un rango de 1100 a 2500 nm. De igual manera en la figura 8 se muestra la absorbancia de la sacarosa en el mismo rango de longitud de onda.
Gráfica 6. Espectro infrarrojo de la masa de las galletas AG
Gráfica 7. Espectro infrarrojo de la masa de las galletas AP
Comparando en primera instancia las gráficas 6 y 7, se puede observar que no existen diferencias significativas para la absorbancia entre los experimentos realizados con las masas AG y AP. Esto se puede afirmar con base en el hecho que para las mismas longitudes de onda, ambas presentan un valor cercano de absorbancia, lo que lleva a que el
0 0.5 1 1.5 2 2.5
1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500
A b so rb a n ci a
Longitud de onda (nm)
+++ ++-+-+ -++ --+ -+- +-- ---0 0.5 1 1.5 2 2.5
1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500
A b so rb a n ci a
Longitud de onda (nm)
+++ ++-+-+ -++ --+ -+- +--
---comportamiento entre ellas sea similar. Partiendo de la explicación previa, se afirma que las pequeñas diferencias que existen entre los experimentos se deben a dos factores; el primer factor corresponde a errores, ya sea en la medición o elaboración de la masa; y el segundo factor se debe a que el azúcar granulada tiene como materia prima un anticompactante que puede afectar la medición de esta propiedad. Por esta razón se analizarán los resultados obtenidos de absorbancia para los dos experimentos como si fuesen uno solo.
Gráfica 8. Espectro infrarrojo del azúcar sacarosa (Davies)
Como segundo elemento de análisis, se toma como referencia la gráfica 8 de absorbancia del azúcar, encontrada en la revisión bibliográfica. Al mirar con detalle esta ilustración, es notorio que el comportamiento es similar al de la mayoría de las masas, exceptuando el nivel ---. Sin embargo, los valores de absorbancia para la masa son significativamente mayores con respecto los valores de absorbancia de la sacarosa, por lo que se establece que el azúcar juega el papel principal en el comportamiento de masa, pero el aporte de los componentes restantes es el que incrementa los valores de absorbancia.
Analizando las gráficas obtenidas también es posible determinar los picos que representan algunos grupos funcionales que son parte de la masa, tomando como punto de referencia la información de la gráfica 9, encontrada en la revisión bibliográfica, donde se presenta la absorbancia para una masa de galletas. En las gráficas 6 y 7, siguiendo el eje de longitud de
onda de izquierda a derecha, se encuentra el primer pico que corresponde a una primera aparición del grupo funcional CH, aunque no es muy notoria como si lo será posteriormente a una mayor longitud de onda.
Gráfica 9. Espectro infrarrojo de masa de galletas (Davies)
Análogamente, el segundo pico corresponde a la primera manifestación de agua aunque de la misma forma que con el grupo CH, a una longitud de onda mayor tendrá una participación más significativa. Seguido a este pico encontramos otro punto de inflexión en la curva, bastante cercano al pico recién analizado; este implica la primera aparición en la masa del grupo funcional OH.
En el tercer pico aparece nuevamente el grupo CH, el cual presenta mayor absorbancia que el primero; sin embargo, es necesario tener en cuenta que más adelante tendrá una manifestación más evidente. Después, en el cuarto y quinto pico se observa con mayor claridad la manifestación del agua y del contenido de grupos OH en la masa, respectivamente. Finalmente, el último pico ubicado en la parte derecha de la gráfica, corresponde a un evidente espectro del grupo CH.
La gráfica 9 ilustra que los valores de absorbancia para las mismas longitudes de onda, en la que se realizaron las mediciones, corresponden a los obtenidos en las masas AG y AP. Se puede evidenciar un comportamiento similar sin importar la composición de la masa.
Conclusiones
Las propiedades macroscópicas, microscópicas y moleculares medidas y analizadas, se ven afectadas significativamente por la composición de los componentes activos principales: azúcar, harina y grasa. Es importante recalcar que a pesar que el color de la galleta no se toma como una característica para analizar este fue perturbado también por la formulación de la masa.
El diámetro de las galletas horneadas está determinado principalmente por la composición de azúcar y harina en la masa. Sin embargo, se encontró que los dos componentes activos tienen efectos contrarios, es decir, la relación diámetro-azúcar es directamente proporcional mientras que la relación diámetro-harina es inversa. Adicionalmente, se encontró que el espesor es perturbado por los tres componentes activos y sus interacciones. No obstante, el único compuesto que afecta el espesor de la galleta de manera directamente proporcional es la harina. Cabe aclarar que los otros componentes tienen efecto inversamente proporcional, aunque su aporte es menos importante que el de la harina.
Por otro lado, la dureza está determinada especialmente por la cantidad de harina en la masa. Esto se le atribuye a la presencia de proteínas en la harina y la formación de gluten. Sin embargo, también está dada por la interacción entre la grasa y la harina, aunque en menor medida. El único factor que no es significativo en esta propiedad es el azúcar, por lo que en una futura reducción de sacarosa, la dureza es una propiedad que no presentará una modificación significativa.
Para la viscosidad de la masa, se realizó un análisis estadístico de los resultados obtenidos en la rampa de temperatura a 25°C. A partir de dicho análisis se determinó que la viscosidad es una propiedad que se ve principalmente afectada por la cantidad de grasa. El anterior resultado se validó con una prueba de flujo a 25°C, la cual también permitió caracterizar la masa como un fluido viscoelástico.
Respecto a la porosidad como propiedad microscópica, se encontró que es afectada principalmente por la presencia de azúcar y grasa. Esto se debe a que la presencia de grasa genera mayor material globular y por ende una compactación mayor. El aporte del azúcar impacta directamente en la distribución del tamaño de los poros. A bajas concentraciones
de azúcar se encontraron distribuciones uniformes, contrario a los experimentos con alto nivel de azúcar, que presentan tamaños de poro variados. Además de esto, el tipo de azúcar usada también influyó en el tamaño de poro de la galleta; para los experimentos con azúcar granulada se presentó un mayor tamaño, lo cual se atribuye al tamaño de partícula de la sacarosa.
Como propiedad molecular, se realizó la medición de la absorbancia por medio de espectro infrarrojo a diferentes longitudes de onda. De lo anterior, se concluye que todos los experimentos exceptuando el nivel (---) siguen un comportamiento similar al de la sacarosa. El comportamiento distante del nivel (---) se le atribuye a la baja concentración de azúcar dentro de la masa y alto contenido de huevo.
Basado en los análisis estadísticos realizados, en los valores obtenidos para las propiedades macroscópicas, microscópicas y moleculares, se puede afirmar que para posteriores estudios de las propiedades de las galletas es necesario incorporar el huevo como un componente activo y por ende también estudiar cómo cambian las características de la masa y galletas variando la composición del huevo.
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