UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS
ESTUDIO DEL EFECTO DE LA SUSTITUCIÓN DE LA HARINA
DE TRIGO POR HARINA DE PAPA CHINA PARA LA
ELABORACIÓN DE PAN
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULLO DE INGENIERA DE ALIMENTOS
LORENA NICOLE VÁSCONEZ CHIMBO
DIRECTORA: ING. TATIANA QUINTANA
DECLARACIÓN
Yo LORENA NICOLE VÁSCONEZ CHIMBO, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
___________________________ LORENA NICOLE VÁSCONEZ CHIMBO
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título "Estudio del efecto de la sustitución de la harina de trigo por harina de papa china para la elaboración de pan", que, para aspirar al título de Ingeniera de Alimentos fue desarrollado por Lorena Vásconez, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
______________________ Ing. Tatiana Quintana DIRECTORA DEL TRABAJO
DEDICATORIA
Este trabajo se lo dedico a todas aquellas personas que me han sabido ayudar y guiar a lo largo del camino y a Dios por permitirme conocerlas.
"No dejes que el miedo al tiempo que te tomará realizar algo se interponga
en tu camino hacia ese objetivo. El tiempo va a pasar igualmente; solo
podemos darle el mejor uso posible".
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ix
ABSTRACT x
1. INTRODUCCIÓN ... 1
2. MARCO TEÓRICO ... 3
2.1. PAPA CHINA (COLOCASIA ESCULENTA) ... 3
2.1.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES ... 4
2.1.2. PRODUCCIÓN EN EL ECUADOR ... 5
2.1.3. USO DE LA PAPA CHINA EN LA INDUSTRIA ... 6
2.2. HARINAS ... 6
2.2.1. ALMIDÓN ... 7
2.2.2. PROTEÍNAS... 8
2.2.3. PROCESO DE OBTENCIÓN DE HARINA ... 9
2.2.4. TIPOS DE HARINAS ... 10
2.3. PAN ... 11
2.3.1. CLASIFICACIÓN ... 12
2.3.2. MATERIAS PRIMAS ... 13
2.3.3. PROCESO DE ELABORACIÓN DE PAN ... 15
2.4. MIXOLAB ... 18
ii PÁGINA
3. METODOLOGÍA ... 22
3.1. MATERIA PRIMA ... 22
3.2. ELABORACIÓN DE LA HARINA DE PAPA CHINA ... 22
3.2.1. DESHIDRATACIÓN ... 22
3.2.2. MOLIENDA... 22
3.3. CARACTERIZACIÓN DE LAS HARINAS ... 23
3.3.1. DETERMINACIÓN DE ÍON HIDRÓGENO EN LAS HARINAS ... 23
3.3.2. DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ TITULABLE EN LAS HARINAS ... 23
3.3.3. DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE ABSORCIÓN EN AGUA (IAA) E ÍNDICE DE SOLUBILIDAD DE AGUA (ISA) EN LAS HARINAS ... 24
3.3.4. ANÁLISIS DE COLOR DE LAS HARINAS ... 25
3.3.5. ANÁLISIS PROXIMAL DE LAS HARINAS ... 26
3.4. ANÁLISIS REOLÓGICOS - MIXOLAB ... 26
3.5. FORMULACIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL PAN ... 27
3.6. ELABORACIÓN DEL PAN ... 28
3.7. CARACTERIZACIÓN DEL PAN ... 28
3.7.1. ANÁLISIS DE COLOR DEL PAN ... 28
3.7.2. VOLUMEN ESPECÍFICO DEL PAN ... 29
3.7.3. ANÁLISIS SENSORIAL DE LOS PANES ... 30
3.8. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RESULTADOS ... 30
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 31
iii PÁGINA
4.2. CARACTERIZACIÓN DE LAS HARINAS ... 33
4.2.1. DETERMINACIÓN DEL ÍON HIDRÓGENO DE LAS HARINAS ... 33
4.2.2. DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ TITULABLE DE LAS HARINAS ... 33
4.2.3. ANÁLISIS PROXIMAL DE LAS HARINAS ... 34
4.2.4. DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE ABSORCIÓN EN AGUA (IAA) E ÍNDICE DE SOLUBILIDAD EN AGUA (ISA) DE LAS HARINAS ... 35
4.2.5. ANÁLISIS DE COLOR DE LAS HARINAS... 37
4.3. ANÁLISIS REOLÓGICO - MIXOLAB ... 38
4.3.1. C1: DESARROLLO DE LA MASA ... 39
4.3.2. C2: DEBILITAMIENTO DE LAS PROTEÍNAS BASADO EN EL TRABAJO MECÁNICO Y LA TEMPERATURA ... 40
4.3.3. C3: GELATINIZACIÓN DEL ALMIDÓN... 40
4.3.4. C4: ESTABILIDAD DEL GEL DEL ALMIDÓN FORMADO ... 41
4.3.5. C5: RETROGRADACIÓN DEL ALMIDÓN DURANTE LA ETAPA DE ENFRIAMIENTO ... 41
4.4. CARACTERIZACIÓN DEL PAN ... 42
4.4.1. ANÁLISIS DE COLOR ... 42
4.4.2. VOLUMEN ESPECÍFICO ... 44
4.4.3. ANÁLISIS SENSORIAL ... 46
iv PÁGINA
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES... 50
5.1. CONLUSIONES ... 50
5.2. RECOMENDACIONES ... 51
BIBLIOGRAFÍA ... 52
v
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Valor nutricional de la papa (Solanum tuberosum) vs la
papa china (Colocasia esculenta) 5
Tabla 2. Composición proximal de las harinas de panificación 10 Tabla 3. Clasificación del pan según su forma, tamaño y sus
características 12
Tabla 4. Comparación entre levadura seca y levadura fresca 14 Tabla 5. Métodos utilizados para el análisis proximal por
LABOLAB 26
Tabla 6. Formulaciones para la elaboración de pan con las
distintas sustituciones 27
Tabla 7. Pérdida de peso durante la deshidratación de la
papa china 32
Tabla 8. Análisis proximal de las harinas de trigo y papa
china 34
Tabla 9. Análisis proximal de las harinas de trigo y papa
china en base seca 35
Tabla 10. Propiedades funcionales de las harinas de papa
china y trigo 36
Tabla 11. Análisis de color de la harina de trigo y harina de
papa china 37
Tabla 12. Porcentaje de hidratación, humedad y la estabilidad
vi PÁGINA Tabla 13. Caracterización del comportamiento reológico de las
diferentes mezclas de harinas en el Mixolab Standard 39 Tabla 14. Tabla de diferencias de los valores de C (Mixolab
Standar) 42
Tabla 15. Variación en la luminosidad, tono y saturación del
color en la corteza de los diferentes panes 43
Tabla 16. Variación en la luminosidad, tono y saturación del
color en la miga de los diferentes panes 44
Tabla 17. Volumen específico de las diferentes formulaciones
de pan expresados en (ml/g) 45
Tabla 18. Media y desviación de los datos del análisis
sensorial de las diferentes formulaciones de pan 46 Tabla 19. Análisis proximal de las muestras de pan 48 Tabla 20. Análisis proximal de las muestras de pan en base
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Colocasia esculenta 4
Figura 2. Curva Mixolab Standar 19
Figura 3. Relación entre C2 y el volumen del pan 20 Figura 4. Curva de deshidratación de la papa china a 45°C
por 24h 32
Figura 5. Corte transversal de los panes (Color miga y corteza) 43 Figura 6. Corte transversal de los panes con las sustituciones
de papa china correspondientes 45
Figura 7. Gráfico de las medias y la desviación estándar del volumen específico de las diferentes formulaciones de pan
expresados en (ml/g) 45
Figura 8. Gráfico de las medias y la desviación estándar del resultado del análisis sensorial de las diferentes formulaciones
de pan 47
Figura 9. Gráfico de la intención de compra expresado en
viii
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA ANEXO I.
Encuesta eliminatoria 59
ANEXO II.
Encuesta análisis sensorial 60
ANEXO III.
ix
RESUMEN
x
ABSTRACT
1 1. INTRODUCCIÓN
La papa china (Colocasia esculenta) también conocida como taro o pelma es un tubérculo propio de las zonas tropicales y subtropicales. En Ecuador, los principales cultivos de papa china se encuentran en la provincia de Pastaza (Gobierno Autónomo Descentralizado de la Provincia de Pastaza, 2012). En Ecuador se importa aproximadamente el 98% del trigo que se consume (FAO, 2013), mientras que 60% de la producción de papa china se exporta y el sobrante es considerado como rechazo (Gobierno Autónomo Descentralizado de la Provincia de Pastaza, 2012); la utilización de la harina de papa china como sustituto parcial de la harina de trigo para la elaboración de productos, ayudaría a disminuir la necesidad de importación de trigo. Palomino (2010), menciona la poca importancia que se ha dado a las raíces y tubérculos (a excepción de la papa (Solanun tuberosum L. subsp. tuberosum) y yuca (Manihot esculenta Crantz)) desde un punto de vista nutricional y lo útiles que estos pueden ser para disminuir la dependencia de las importaciones. CICO (2009), destaca que los tubérculos y raíces en general producen más energía digerible por hectárea que otros productos básicos, así como su capacidad de sobrevivir bajo condiciones que otros cultivos fracasan.
La papa china es fácilmente cultivable, resistente a plagas y es una excelente fuente de carbohidratos, fibras, minerales y vitaminas, especialmente las del complejo B; además debido al tamaño de sus granúlos de almidón tiene una digestibilidad cercana al 98.8% (Darkwa, 2013).
2 panificación, como resultado se han obtenido productos con buena aceptabilidad, y con un aumento en el contenido de nutrientes. Los porcentajes utilizados son por lo general por debajo del 50% de sustitución. Agurto (2010), propuso una sustitución del 30% con harina de arroz con resultados favorables.
El pan es un alimento altamente consumido a nivel mundial y forma parte de la dieta diaria de gran número de ecuatorianos; según datos del INEC (2012), de los 20 productos de mayor consumo, el pan figura primero en orden de importancia. El consumo de pan en Ecuador en el 2012 fue de USD 632 millones, el cual tuvo un incremento del 5.7% en relación al 2011 con un consumo per cápita de 37 kg/año (García, 2013).
3 2. MARCO TEÓRICO
2.1. PAPA CHINA (Colocasia esculenta)
La papa china (Colocasia esculenta) pertenece a la familia Araceae, y también es conocida como taro, otoe, madumbe, pelma, bore, malanga, entre otros. Este tubérculo no es autóctono de América y no fue hasta después de la colonización de los europeos que se comenzó a sembrar en este continente. Es muy probable que su cultivo haya sido domesticado en la antigua India o Indochina (Martín, 2010). En el trabajo de investigación del 2011 de Rodríguez-Miranda se menciona que actualmente los cultivos de papa china están ganando importancia en las regiones tropicales y subtropicales del mundo.
En el Ecuador, las principales zonas productoras de la papa china son la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas, Morona Santiago y Pastaza; siendo esta última la principal productora a nivel nacional con aproximadamente el 80% del total de la producción (Ministerio de Coordinación de la Producción, Empleo y Competitividad, 2011; Gobierno Autónomo Descentralizado de la Provincia de Pastaza, 2012).
Gran parte de la producción nacional de papa china es exportada, sobre todo a Estados Unidos, la Unión Europea y Centroamérica; donde es un producto muy cotizado (Pesántez, 2002).
4 2.1.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES
La papa china (Figura 1) es una planta herbácea que puede alcanzar una altura variable entre 1-2 metros de altura (Martín, 2010). Para su desarrollo este tubérculo necesita una temperatura de 25-30°C y precipitaciones entre 1800 a 2500 mm; son fácilmente adaptables en los suelos con pH entre 4.5 y 6.0 (Sanmartin, 2007).
Figura 1. Colocasia esculenta
(Darkwa, 2013)
En Ecuador es posible sembrar esta planta en cualquier época del año, siempre y cuando se tengan las condiciones antes mencionadas. El rendimiento por hectárea que se obtenga puede variar según el mes de plantación; Martín (2010) comenta que los meses con mayor rendimiento son diciembre, enero y febrero.
5 Tabla 1. Valor nutricional de la papa (Solanum tuberosum) vs la papa china
(Colocasia esculenta)
Componentes en 100 gramos de muestra Papa Papa china
Agua (g) 77 65.9 - 74.6
Proteína (g) 1.87 1.6 - 1.7
Grasa (g) 0.1 0.2 - 0.3
Carbohidratos totales (g) 20.13 22.4 - 30.9
Fibra cruda (g) 1.8 0.6 - 0.8
Ceniza (g) - 1.2
Calcio (mg) 5 14 – 96
Fósforo (mg) 44 56 – 88
Hierro (mg) 0.31 0.8 - 1.2
Actividad de vitamina A (ug) - 5 – 10
Tiamina (mg) 0.106 0.08 - 0.13
Riboflavina (mg) 0.02 0.03 - 0.04
Niacina (mg) 1.44 0.7
Acido ascórbico (mg) 13 5 – 7
Valor energético (kcal) 87 132.92
(FAO, 2008)
Martín (2010), señala las ventajas y beneficios de la siembra de papa china, estas son: su alto rendimiento, su resistencia a plagas, su conservabilidad en medio natural y el tamaño de su gránulo de almidón (1 a 3 µm) que lo que convierte en un alimento muy fácil de digerir.
La presencia de ácido oxálico ha sido reportado en las muestras de papa china cruda, sin embargo es posible remover hasta un 60% del contenido inicial de ácido oxálico al hervir las muestras a 90°C por 30 min y dejándolas reposar en agua por 24 horas a 30°C (Tattiyakul, 2006).
2.1.2. PRODUCCIÓN EN EL ECUADOR
6 producción nacional. En la provincia de Pastaza aproximadamente el 50% del producto cumple con el tamaño y peso requerido por el mercado internacional, el restante se lo consume dentro de la provincia como sustituto de papa, harina y alimento para animales (Sanmartin, 2007).
Actualmente existe en la provincia de Pastaza un proyecto ejecutado por la Corporación Artesanal de Emprendedores Productivos de Pastaza (Coempropas) para la utilización de la papa china remanente para la elaboración de productos (Ministerio de Inclusión, Económica y Social, 2012), tales como papa china frita y pan de harina de papa china (Gobierno Autónomo Descentralizado de la Provincia de Pastaza, 2012).
2.1.3. USO DE LA PAPA CHINA EN LA INDUSTRIA
En su artículo de 1990, Ferreira describe algunos de los usos de la papa china, resaltando su amplia aplicabilidad en forma de harina; se menciona también su tendencia a ser consumida cocida o en rodajas fritas. En Hawaii se lo consume como "poi", que se obtiene por medio de la fermentación de la papa china pelada y molida hasta la obtención de una pasta. Darkwa (2013), señala que la preparación denominada poi es hipoalergénica, rica en vitaminas y minerales que disminuye la ocurrencia de diarrea, neumonía y enteritis en los bebés. Además menciona la utilización de la harina de papa china en formulaciones para bebés, así como chips de papa china, pan, hamburguesa y otros productos en base de papa china.
2.2. HARINAS
7 Ecuatoriano de Normalización-INEN 616 (2006) como el producto resultante de la molienda y tamizado del endospermo del grano de trigo (Triticum vulgare, Triticum durum) hasta un grado de extracción determinado.
La harina de trigo está compuesta de almidón en una proporción del (70-75)%, agua 14%, una cantidad proteica del (10-12)%, lípidos 2% y polisacáridos distintos al almidón del (2-3)% (De la Vega, 2009).
2.2.1. ALMIDÓN
El almidón es un polisacárido energético de reserva propio de las plantas compuesto por amilosa y amilopectina. Este compuesto se encuentra en las semillas, raíces y tallos de algunos cereales y tubérculos (Kohli M. , 1998). El almidón tiene un importante efecto en la panificación. Puesto que a lo largo del proceso de fermentación y cocción los gránulos de almidón absorben agua, se gelatinizan, hinchan y posteriormente durante el enfriamiento del pan se gelifican. Existe una relación entre el tamaño de los gránulos y la fuerza de la harina, entre más grandes sean los gránulos del almidón menor fuerza tendrá la harina, por tanto la capacidad de hinchamiento de los gránulos de almidón dependen de la granulometría (Calaveras, 2004).
8 2.2.1.1. RETROGRADACIÓN
La reasociación de los gránulos de almidón gelatinizados (en especial las moléculas de amilosa) es conocida como retrogradación. La retrogradación es inducida por temperaturas bajas, el contacto con el aire (humedad), la concentración de almidón, altos contenidos de amilosa y la presencia de sustancias polares como las sales. La retrogradación está directamente relacionada con la vida útil del pan, puesto que las fracciones de amilosa y amilopectina que se retrogradan forman zonas con una organización cristalina, que también son causantes del endurecimiento del pan; sin embargo Rodríguez-Sandoval (2006) asevera que la cristalización únicamente se da en geles con un contenido de amilopectina entre (10-80)%.
2.2.2. PROTEÍNAS
Las harinas suelen tener entre (8-14)% de proteínas, lo que se relaciona con la calidad de la misma. Con una cantidad inferior al 8% se obtiene una harina inadecuadas para la panificación, con un mayor contenido de proteínas mejoran las características de la harina de panificación. Aproximadamente el 85% de las proteínas de la harina son proteínas insolubles (gliadina y glutenina), las cuales son formadoras de gluten (Calaveras, 2004).
2.2.2.1. Gluten
9 elasticidad de la masa, actuando como el adhesivo que mantiene unidas las partículas de gliadiana (INEN, 1980). La visco-elasticidad del gluten depende de la cantidad y la proporción de gliadina (proteínas monoméricas) y glutenina (proteínas poliméricas) (Kohli M. , 1998).
El gluten dentro del proceso de panificación, funciona a manera de red, reteniendo el gas carbónico producido por las levaduras durante el leudado, dando como resultado el aumento de volumen de la masa a lo largo de la fermentación. Para que la masa se hinche es necesario al menos 11% de gluten en la harina. Cabe recalcar que el gluten no interviene en la fermentación sólo permite que la masa tenga su textura característica (Vela & Álvarez, 2006).
2.2.3. PROCESO DE OBTENCIÓN DE HARINA
Para la elaboración de harina, se debe considerar la materia prima y el estado en que esta se encuentre. Es necesario separar las impurezas u objetos extraños que se encuentren mezclados; dependiendo de la materia prima y el proveedor el contenido de impurezas puede variar (La meunerie francaise, 2010). Posteriormente la materia prima es molida. En el caso de la harina de trigo se acondicionan los granos, es decir se los deja remojar por un tiempo que puede variar de 6 a 24 horas para facilitar el proceso de molturación. Dependiendo la materia prima y el grado de extracción que se desee obtener, puede ser necesario previo a la molienda, procesos como trituración, cocción, prensado y secado.
10 oxidantes), o se las deja reposar por períodos de 10 a 15 días (Gimferrer, 2009).
En el caso de la harina de trigo, cuanto menor sea el grado de extracción menor será el contenido de salvado, y como resultado esta será más fina y blanca (Vela & Álvarez, 2006). Dependiendo el tipo de harina que se elabore, es posible mezclar harinas resultantes de otros procesos, con menor grado de extracción (La meunerie francaise, 2010).
2.2.4. TIPOS DE HARINAS
Es posible clasificar a las harinas en función de su utilización, su origen y sus características. Considerando su utilización en la industria, Calaveras (2004), clasifica las harinas en: harina de panificación, la cual se caracteriza por tener un alto grado de absorción de agua, retención de gases y gran contenido de gluten; harina de galletería, capaz de formar una masa con alta extensibilidad en procesos no fermentativos, con mínimas cantidades de almidón dañado; y harina para pan gallego, que permite elaborar panes que requieren de un alto tiempo de fermentación.
La harina para la panificación necesita de un bajo índice de almidón dañado, aproximadamente 8% (Calaveras, 2004) y debe tener un alto porcentaje de proteínas de alta calidad, 15% aproximadamente (Gimferrer, 2009). La composición media de las harinas panificables planteada por Mesas (2009) se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2. Composición proximal de las harinas de panificación Componente Porcentaje
Humedad 13-15%
Proteínas 9-14%
Almidón 68-72%
Cenizas 0.5-0.65%
Grasa 1-2%
11 La harina de trigo es la más utilizada en la industria de panificación, pero también existen en el mercado otros tipos de harina de diferente origen, las cuales a pesar de tener una apariencia muy similar a la harina de trigo difieren en el color, textura y propiedades de panificación. Algunas de las harinas más comercialmente conocidas son: harina de arroz, garbanzo, soya, maíz, cebada, entre otros (Gimferrer, 2009).
Calaveras (2004) propone clasificar a las harinas basándose en su composición y características, como: harina blanca, harina integral, harina desgerminada, harina mezclada, harina enriquecida, harina de germen, etc.
2.2.4.1. Harina de papa china
La harina de papa china se elabora a partir de papa china lavada, cortada en rodajas y deshidratada. Puede pelarse o no pelarse a la papa china como proceso previo a la deshidratación, tal como lo propone Palomino (2010), sin embargo su composición proximal y valores de análisis, como el índice de solubilidad de agua y el índice de absorción de agua, entre otros pueden cambiar de una muestra a otra; utilizar la cáscara de la papa china para la elaboración de la harina aumentaría el contenido de fibra en relación a la harina de papa china elaborada sin cáscara. Ferreira (1990) afirma que, "es posible obtener una harina de papa china con mayor valor nutricional si se usan todas las partes de la planta, incluyendo las hojas y tallos".
2.3. PAN
12 Se cree que el pan comenzó a elaborarse hace unos 8000 años, aunque se lo consumía como una pasta plana, no fermentada. Es probable que el primer pan fermentado se produjera en Egipto, puesto existen allí bajo relieves sobre la elaboración del pan. No obstante se cree que el pan obtenido en aquel entonces era impredecible, ya que dependía del tipo de grano, del clima y las levaduras silvestres disponibles (Mesas, 2009).
Según datos del INEC (2012) de los 20 productos de mayor consumo a nivel nacional, el pan figura primero en orden de importancia. El porcentaje de habitantes que consumen el producto, según la INEC (2008) en el año 2007 fue de 82% en Quito, 79% en Guayaquil y 76% en Cuenca.
2.3.1. CLASIFICACIÓN
Comercialmente el pan puede tomar diferente nombres, dependiendo de la forma, textura y de los diferentes ingredientes que se le haya adicionado; sin embargo la normativa INEN (1979) establece una clasificación de manera general para el pan, conforme se muestra en la Tabla 3.
Tabla 3. Clasificación del pan según su forma, tamaño y sus características
Clasificación Características
Pan Porción de masa horneada de tamaño relativamente
pequeño.
Palanqueta Porción de masa horneada sin molde, de forma alargada
y tamaño relativamente grande.
Molde Porción de masa horneada en molde, de forma alargada
y rectangular y de tamaño relativamente grande.
(INEN 94, 1979)
13 2.3.2. MATERIAS PRIMAS
Para la elaboración del pan se utilizan diferentes tipos de materias primas (ingredientes), esto va a depender del tipo de pan que se desee obtener y las costumbres de la determinada zona geográfica donde se elabore el producto. Pudiéndose incorporar una amplia variedad de componentes tales como harina, agua, levadura, sal, azúcar, grasa, leche, huevo, emulsificantes, mejoradores e hidrocoloides, entre otros (Alvis, 2011).
2.3.2.1. Levadura
Las levaduras funcionan como un agente leudante (Vela & Álvarez, 2006) que se alimentan de sustratos presentes en la masa, estos son azúcares simples y proteínas de la harina. Como resultado de su metabolismo producen CO2 (gas carbónico), el cual permite que la masa se expanda
después de algún tiempo de leudado. En la etapa de cocción estos pequeños orificios dejados por las burbujas de gas se denominan alvéolos (Toledo, 2008).
Para optimizar este proceso es necesario controlar las condiciones del leudado, como: temperatura, humedad y cantidad de sustratos, los cuales influyen en el desarrollo de las levaduras. Por esta razón, se utiliza la cámara de leudado, ya que es posible mantener una temperatura de alrededor de 28°C y una humedad relativa óptima para el crecimiento de estos microorganismos (Vela & Álvarez, 2006).
Con el fin de elaborar pan, es posible utilizar levadura fresca o levadura seca instantánea. La selección de una u otra va a depender del fabricante, aunque algunos aspectos como la vida útil, el poder fermentativo y el sabor del pan van a influenciar en la decisión.
14 Tabla 4. Comparación entre levadura seca y levadura fresca
Acción Levadura Seca Levadura Fresca
Velocidad de fermentación - Mayor
Facilidad para dosificación Mayor -
Tiempo de vida útil Mayor -
Sabor de fermento en el pan - Mayor
Textura uniforme del pan cocido Mayor -
(Pesántez, 2002)
2.3.2.2. Azúcar
Hernández (2003), afirma que el azúcar es el causante de la generación del color en el pan horneado, debido a la formación del compuesto melanoidina, que se da como resultado de la interacción entre los azúcares y los grupos amino. El azúcar facilita el proceso de fermentación, sirviendo de sustrato a las levaduras en las etapas más tempranas de la fermentación, además el azúcar contribuye al sabor del producto final y permite que este mantenga la humedad debido a sus propiedades higroscópicas.
2.3.2.3. Sal
La sal ayuda a que el producto final tenga un sabor adecuado, no obstante esta no es la única función que cumple. La sal regula la fermentación, limita el crecimiento de la levadura y de otros microorganismo indeseables, ayuda a la conservación del pan, permite una mejor hidratación de la masa (Sebess, 2010) y contribuye a mantener la humedad del pan una vez horneado a causa de su alta capacidad higroscópica (Hernández, 2003).
2.3.2.4. Agua
15 La cantidad de agua que se adicione a la masa va a depender tanto de la textura de la masa que se desee obtener y del producto a elaborar. De manera general Calaveras (2004), explica que los componentes de la harina y la cantidad de estos influencia directamente en la capacidad de retención de agua. El almidón dañado presente en la harina, tiene la capacidad de absorber tres veces su peso en agua y las proteínas un aproximado de dos veces su peso en agua, el almidón nativo absorbe un tercio de su peso en agua y las pentosanas aunque en pequeñas cantidades en la harina pueden llegar a absorber hasta siete veces su peso en agua.
Por tanto, la cantidad de agua que se necesite para elaborar la masa va a depender de la calidad de la harina, de manera que se pueda obtener un rendimiento de masa superior sin que esto implique tener problemas con una masa poco manejable y esponjosa (Calaveras, 2004).
2.3.3. PROCESO DE ELABORACIÓN DE PAN
Para el proceso de elaboración del pan es necesario determinar en primera instancia los ingredientes y las cantidades a utilizar; posteriormente se elabora una masa, se deja fermentar, se bolea o se da forma (este paso dependerá del pan a elaborar) y se hornea teniendo especial cuidado con la temperatura y el tiempo de horneado; como resultado de estos procesos se obtiene el pan.
2.3.3.1. Masa
16 45 minutos y en el método de masa mixto se utiliza masa madre y levadura comercial y se deja reposar de 10 a 20 minutos.
Durante la obtención de la masa se forma una red tridimesional de proteínas insolubles (gluten) estabilizada por varias uniones químicas y físicas (puentes de hidrógeno, fuerzas iónicas y uniones hidrofóbicas). La estructura y el tamaño de esta red proteica está determinada por puentes disulfuro formados por las gluteninas, tanto de bajo como de alto peso molecular (Kohli & Ackermann, 2003).
2.3.3.2. Fermentación
17 La enzima α-amilasa trabaja a temperaturas inferiores a 75°C, produciendo dextrinas, muy similares al almidón pero más pequeño. Las β-amilasas trabajan con las dextrinas producidas por las α-amilasas mientras que las glucosidasas actúan sobre las ramificaciones tanto del almidón como de las dextrinas.
2.3.3.3. Boleado
Para efectos de comercialización la normativa ecuatoriana INEN 95 (1979), establece que el pan debe ser vendido al peso y de preferencia las unidades deben pesar 20 g, 30 g, 50 g, 100 g, 200 g, 500 g o 1000 g. Por lo cual al momento de realizar el cortado, proceso previo al boleado, es necesario pesar las piezas de masa cortada. En procesos automatizados o semiautomatizados, se utilizan máquinas cortadoras de masa, para las cuales no se precisa pesar cada trozo de masa, sino que se pesa una cantidad determinada de masa que se expande uniformemente en la máquina y esta corta en trozos de aproximadamente el mismo peso.
Los trozos de masa obtenidos deben ser boleados o en su defecto se les debe dar forma dependiendo el tipo de pan que se desee obtener. Posteriormente es necesario dejar reposar a la masa en la denominada última fermentación, debido a que durante el corte, se pierde una pequeña cantidad de gas generado durante la fermentación, el tiempo de reposo dependerá de la metodología empleada pero generalmente se deja reposar una hora; durante este período la masa alcanzará un tamaño cercano al del producto final (Hernández, 2003).
2.3.3.4. Horneado
18 color más oscuro que el de la miga y una textura mucho más resistente y dura. Durante el horneado, la masa se transforma en el pan, mediante una serie de sucesos entre los cuales Hernández (2003) destaca:
La inactivación de enzimas cuando la temperatura de la masa alcanza los 65°C aproximadamente.
La gelatinización del almidón. Durante el aumento de la temperatura los gránulos de almidón absorben agua, este proceso permite que los gránulos de almidón sean fácilmente asimilados y físicamente se relaciona con la esponjosidad del pan.
La coagulación de las proteínas permite que la estructura esponjosa del pan se establezca.
La inactivación de las levaduras, a temperaturas superiores a 53°C.
La expansión final de la masa y deshidratación parcial. Durante el calentamiento, el gas carbónico presente en la masa se expande, ocasionando el crecimiento de la masa.
Cambios físicos, principalmente se destaca el cambio de color tanto en la corteza como en la miga.
2.4. MIXOLAB
Mixolab es un equipo que "mide la consistencia de una masa sometida a la doble presión de amasado y a un aumento de temperatura. Analiza la calidad de las proteínas y del almidón a partir de una muestra de harina" (Chopin Technologies, 2014).
19 de agua que debe adicionarse a esa harina para alcanzar un Par de 1.1 (Chopin Applications Laboratory, 2009).
La curva como tal tiene cinco diferentes etapas (stages). En la etapa uno se elabora la masa, y se puede determinar el tiempo de desarrollo y debilitamiento de la masa, así como la absorción de agua en la harina. En la segunda fase (etapa del debilitamiento proteico) comienza el calentamiento de la masa, y es posible relacionar la pérdida de consistencia de la masa con la calidad de la proteína. La etapa tres, es la segunda etapa de calentamiento y se enfoca en la gelatinización de la masa, las temperaturas alcanzadas durante esta etapa son de alrededor de 55°C. Es durante esta etapa que se hinchan los gránulos de almidón y absorben agua, y, las moléculas de amilosa se precipitan dando como resultado un aumento en la viscosidad. En la cuarta etapa se ve un aumento en la actividad amilásica, y durante la quinta etapa, empieza el proceso de enfriamiento, en el que se determina la retrogradación del almidón, dato que está directamente relacionado con la vida útil del producto (Codina, 2010).
Figura 2. Curva Mixolab Standar (Chopin Technologies, 2014)
20 obtenidos. Los datos C1, C3 y C5 son los valores de los picos más altos; mientras que C2 y C4 son los picos más bajos.
El valor de C1 permite conocer el porcentaje de requerimiento de agua necesario para que la masa alcance un par de 1.1. La fuerza de la harina está directamente relacionada con el tiempo de estabilidad, a mayor tiempo, mayor será la fuerza de la harina (Chopin Applications Laboratory, 2009). El debilitamiento proteico, se relaciona la diferencia de C1-C2; la caída que se produce entre estos puntos es un indicador del volumen final del pan, entre mayor sea la estabilidad de la masa y mayor sea el valor de C2, menor será el volumen del pan (Figura 3). La gelatinización del almidón, es la diferencia de C3-C2. La actividad amilásica se determina de forma directamente proporcional con la diferencia entre C3-C4. El almidón gelificante como la diferencia de C3-C4. Valores bajos de C3, C4 y C5 son indicadores de panes con poco volumen y una miga pegajosa. Un alto valor de C5 se relaciona con una menor vida útil del producto (Codina, 2010 & Cair, 2012).
Figura 3. Relación entre C2 y el volumen del pan
(Chopin Technologies, 2014)
21 resultando en un rápido aumento del Par hasta C1 (el valor esperado de C1 en panificación es de 1.1 Par). Entre los valores de C1 a C2 la temperatura sube hasta 50ºC, durante este período los gránulos de almidón se hinchan debido al aumento de temperatura y tienden a perder su distribución homogénea, comenzando a aglomerarse resultando en una disminución del Par. Entre C2 y C3 la temperatura sube hasta 60ºC y los gránulos de almidón empiezan a deformarse considerablemente dando inicio a la gelatinización, lo que conlleva un aumento en la viscosidad y por tanto un aumento en el Par.
Únicamente los gránulos de almidón más pequeños tienden a gelatinizarse por completo; la relación existente entre los gránulos más grandes y los pequeños determina la cinética de gelatinización. En el punto C4 la temperatura ha alcanzado los 90ºC. Las proteínas empiezan a desnaturalizarse desde los 55ºC, lo que provoca que el gluten pierda su capacidad de crear enlaces; por lo que la medición del Par esta dado netamente por la viscosidad del almidón gelatinizado. La gelatinización del almidón como tal es importante para fijar la estructura de la miga. Para el final de C5 la temperatura baja a 50°C; en este punto comienza la retrogradación dada por la recristalización de la amilopectina.
2.5. ACEPTABILIDAD SENSORIAL
22 3. METODOLOGÍA
3.1. MATERIA PRIMA
La papa china (Colocasia esculenta) utilizada en este proyecto fue adquirida en el Puyo, provincia de Pastaza. La papa china fue transportada a la Planta Piloto de Alimentos de la Universidad Tecnológica Equinoccial, donde posteriormente fue sometida a los procesos correspondientes para la elaboración de la harina.
La harina de trigo que se utilizó en las distintas formulaciones, fue harina de panificación adquirida en La Moderna vía Carapungo, Quito-Ecuador. Se utilizó también levadura fresca adquirida en el Supermaxi.
3.2. ELABORACIÓN DE LA HARINA DE PAPA CHINA 3.2.1. DESHIDRATACIÓN
Se lavó y peló la papa china, después se cortó en trozos regulares de alrededor de 0.5 cm de espesor. Se deshidrató según las condiciones propuestas por Palomino (2010), 45°C durante 24 horas. Durante el proceso se pesó una muestra para determinar el comportamiento durante la deshidratación.
3.2.2. MOLIENDA
23 3.3. CARACTERIZACIÓN DE LAS HARINAS
3.3.1. DETERMINACIÓN DE ÍON HIDRÓGENO EN LAS HARINAS
Se calibró el potenciómetro con soluciones buffer de pH 7, 4 y 10. Se tomó una muestra de harina de 10 g; posteriormente se adicionó 100 cm3 de agua destilada y se agitó hasta que las partículas quedaron uniformemente suspendidas. Se dejó reposar hasta que se observó una separación de la fase líquida y sólida (INEN 256, 1981).
La determinación del pH se realizó por medio de lectura directa, introduciendo el electrodo en la muestra cuidando que este no toque las paredes del recipiente ni las partículas sólidas de la muestra. El análisis se lo realizó por triplicado.
3.3.2. DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ TITULABLE EN LAS HARINAS A 5 g de muestra de harina se le adicionó lentamente 50 cm3 de alcohol de 90% (V/V) y se dejó reposar 24 horas. Al día siguiente se tomó una alícuota de 10 cm3 del sobrenadante, y se tituló con la solución 0.02 N de hidróxido de sodio hasta alcanzar un pH de 8.2. Para reportar los datos se aplicó la ecuación [1] (INEN 521, 1981).
[1]
Dónde:
A = Contenido de acidez en las harinas de origen vegetal, en porcentaje de masa de ácido sulfúrico.
N = Normalidad de la solución de hidróxido de sodio.
V = Volumen de la solución de hidróxido de sodio empleado en la titulación, en cm3.
24 V2 = Volumen de la alícuota tomada para la titulación, en cm3.
m = Masa de la muestra, en g.
H = Porcentaje de humedad en la muestra.
3.3.3. DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE ABSORCIÓN EN AGUA (IAA) E ÍNDICE DE SOLUBILIDAD DE AGUA (ISA) EN LAS HARINAS
Para determinar el índice de absorción de agua (IAA) y el índice de solubilidad de agua (ISA) se tomaron tres muestras de harina de papa china y de harina de trigo de 2.5 g en base seca cada una. Para ello se determinó previamente la humedad de las muestras, y se las pesó considerando el contenido de sólidos totales. Posterior a lo cual se adicionó 25 ml de agua destilada a las muestras y se procedió a agitarlas durante 30 minutos, usando para ello busos magnéticos y una agitadora magnética. Después de treinta minutos se centrifugaron las muestras a 3000 rpm durante 10 minutos a una temperatura de 21°C, según lo descrito por Pineda (2013).
El peso del residuo obtenido de la centrifugación se lo determinó por medio de la diferencia del peso del tubo de centrifugación vacío y el tubo de centrifugación con el residuo. El sobrenadante se lo colocó en una cápsula previamente tarada y se llevó a la estufa a 105°C durante 4 horas; al finalizar el proceso se colocó la cápsula en el desecador para que se enfríe y se pesó la cápsula con el residuo seco.
25
[2]
[3] Dónde:
IAA= Índice e absorción de agua ISA= Índice de solubilidad de agua (%)
MRE= Masa de residuo de la evaporación (g) MBS= Masa de la muestra en base seca (g) MRC= Masa del residuo de la centrifugación (g)
3.3.4. ANÁLISIS DE COLOR DE LAS HARINAS
Para el análisis de color se utilizó el Colorímitro CR-400/410 marca KONIKA MINOLTA de la Universidad Tecnológica Equinoccial. El equipo realiza tres tomas en cada corrida e indica los resultados como valores de L*, a* y b*. Con los valores obtenidos se determinó la variación de color total entre las muestras (ΔE), definido por la ecuación 4 (Palomino, 2010) y el índice de blancura (IW), el cual representa la blancura total de la muestra, y se aprecia en la ecuación 5 (Montoya, 2010).
Para los valores de ΔE, se utilizó como índice de comparación la placa blanca de porcelana del instrumento, cuyos valores fueron: 105.1 L*, -0.76 a* y 5.69 b*.
Δ Δ Δ Δ [4]
26 Dónde:
ΔE = Indica el cambio total del color IW = Índice de blancura
L* = Índice de luminosidad (100 = blanco y 0 = negro)
a* = Índice de longitud de onda predominante, mide los colores de rojo (+) a azul (-) y 0 es neutro
b* = Índice de longitud de onda predominante, mide los colores entre amarillo (+) a azul (-) y 0 es neutro.
3.3.5. ANÁLISIS PROXIMAL DE LAS HARINAS
Se realizó un análisis proximal tanto a la harina de trigo como a la harina de papa china. El análisis se lo realizó según las normativas INEN en los laboratorios de LABOLAB. Los métodos utilizados se los muestran en la Tabla 5.
Tabla 5. Métodos utilizados para el análisis proximal por LABOLAB
Parámetros Método
Humedad (%) PEE/LA/02 INEN 518
Proteína (%) PEE/LA/01 INEN 519
Grasa (%) PEE/LA/05 INEN 523
Ceniza (%) PEE/LA/03 INEN 520
Fibra (%) INEN 522
Carbohidratos totales (%) Cálculo*
* La diferencia de los demás parámetro y el 100%
3.4. ANÁLISIS REOLÓGICOS - MIXOLAB
27 Los parámetros obtenidos por medio del análisis reológico del Mixolab Standar fueron: absorción de agua necesaria para el desarrollo de la masa expresado en porcentaje, estabilidad de la masa dada en minutos, C1 (tiempo de amasado y comportamiento de la masa), C2 (calidad proteíca), C3 (gelatización del almidón), C4 (actividad amilásica) y C5 (retrogradación del almidón) (Chopin Technologies, 2014).
3.5. FORMULACIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL PAN
Se trabajó con tres diferentes mezclas de harina de papa china y harina de trigo y una formulación con 100% harina de trigo como muestra control, siguiendo el diseño experimental anteriormente descrito.
La formulación básica en función de 100% de harina para la elaboración de los diferentes panes, fue la descrita por Pineda (2013). Para las demás formulaciones se realizaron ligeras variaciones considerando la hidratación obtenida en el análisis de Mixolab y la mezcla de harinas para cada muestra. En la Tabla 6 se muestran las formulaciones propuestas.
Tabla 6. Formulaciones para la elaboración de pan con las distintas sustituciones
Porcentajes de sustitución de harina Componentes 00% HPC 05% HPC 10% HPC 20% HPC
Harina de trigo (g) 100 95 90 80
Harina de papa china (g) 0 5 10 20
Agua (g) 65.5 65 65 63.4
Levadura (g) 1.5 1.5 1.5 1.5
Sal (g) 2 2 2 2
Azúcar (g) 7 7 7 7
Manteca (g) 3 3 3 3
Mejorador* (g) 0.7 0.7 0.7 0.7
28 3.6. ELABORACIÓN DEL PAN
Se pesaron los ingredientes en función de 1500 gramos de harina como 100% para cada formulación. Los ingredientes fueron adicionados a la mezcladora en el siguiente orden: agua, harinas, mejorador, sal, azúcar, levadura y manteca; cuidando que la levadura esté alejada de la sal y el azúcar al momento de la adición. Se utilizó velocidad baja por un minuto hasta que los ingredientes de incorporen; se amasó la masa por aproximadamente 5 minutos y se dejó reposar por diez minutos siguiendo la metodología de O'Donnell (2013) citado por Pineda (2013).
Cada masa fue cortada en pedazos de alrededor de 200 gramos, los pedazos fueron boleados y se los dejó reposar por otros diez minutos. Con la ayuda de un rodillo se estiró las masas y se las enrrolló, dándoles forma de un cilindro. Se colocaron las masas en moldes previamente engrasados y se los llevó a la cámara de leudo por una hora. Después de lo cual se horneó el pan por 20 minutos a una temperatura de 220 ºC. Para cada formulación se realizaron dos corridas bajo las mismas condiciones.
Al salir del horno, el pan tiene una temperatura interna cercana a los 90 ºC lo cual garantiza la inocuidad del pan. Este ascenso en la temperatura interna posterior a que el pan salga del horno se lo conoce como aumento de temperatura postcocción y se debe al paso del calor desde la corteza hasta el centro de la miga (Balarezo, 2011).
3.7. CARACTERIZACIÓN DEL PAN 3.7.1. ANÁLISIS DE COLOR DEL PAN
29 Los resultados obtenidos fueron reportados en función de la luminosidad (L*), el ángulo Hue (tomo o matriz) y el Chroma (saturación), las ecuaciones 6 y 7 se muestran acontinuación:
[6]
[7]
Dónde:
a* = coordenada de cromaticidad en la gama de rojo-verde. b* = coordenada de cromaticidad en la gama de amarillo-azul.
3.7.2. VOLUMEN ESPECÍFICO DEL PAN
Se determinó el volumen específico aplicando la modificación del método 10-05.01 de la AACC descrito por Pineda (2013). En un recipiente de tamaño mayor al de los panes, se colocó una cantidad conocida de granos de quinua. La adición de los granos se realizó desde una altura constante; con la ayuda de un embudo se distribuyeron los granos de forma uniforme hasta que el recipiente se llenó, el exceso en la parte superior se eliminó utilizando una regla.
Posteriormente, se vació el recipiente y se colocó un pan de molde en él. Después se adicionaron los mismos granos de quinua que se utilizaron para llenarlo en primer lugar, aplicando la misma metodología descrita anteriormente. El volumen del pan es equivalente al volumen de los granos de quínua residuales.
30 3.7.3. ANÁLISIS SENSORIAL DE LOS PANES
En el análisis sensorial participaron 100 consumidores habituales de pan, para ello se realizó una encuesta eliminatoria con los posibles participantes como se muestra en el Anexo I.
Para el análisis se tomó una muestra de pan de aproximadamente 15 gramos de cada una de las formulaciones descritas anteriormente. Las cuatro muestras se colocaron en un plato pequeño desechable con un código aleatorio de tres dígitos para cada muestra. Se determinaron varias combinaciones de códigos y posicionamientos para las muestras.
Los participantes del análisis sensorial recibieron las muestras de pan, un vaso con agua y la encuesta (Anexo II), en la cual se pedía al participante que evalúe las características del pan utilizando una escala hedónica del 1 al 10, donde 1 significó "me disgusta mucho" y 10 "me gusta mucho". Los parámetros evaluados fueron el color, el olor, el sabor, la textura y la aceptabilidad general del producto. Al final de la evaluación de cada muestra se preguntó a los encuestados si estarían dispuestos a comprar el producto.
3.8. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RESULTADOS
31 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1. DESHIDRATACIÓN DE LA PAPA CHINA
Conocer el comportamiento de la papa china durante el pr oceso de deshidratación permite reducir el tiempo de deshidratación al mínimo necesario para obtener un producto idóneo para la elaboración de harina con una humedad final esperada. Para ello se debe considerar que la papa china tiene una humedad entre 65.9-74.6% aproximadamente (FAO, 2008) y que el Servicio Ecuatoriano de Normalización-INEN en la norma 616 (2006) establece que las harinas de panificación no pueden tener una humedad superior al 14.5% .
Durante las primeras 5 horas de deshidratación, la papa china pierde aproximadamente el 60% de su peso inicial. Esto se debe a la presencia de agua libre superficial, que durante la primera etapa del proceso pasa directamente al aire de arrastre (Maldonado, 2003). Posterior a la quinta hora la razón de pérdida de peso disminuye considerablemente puesto que el agua debe pasar del interior a la superficie por mecanismos de difusión. Durante las cinco horas finales del proceso, la muestra se deshidrata muy lentamente, a una razón de 0.020 g/min aproximadamente. Es por esto que la diferencia entre el porcentaje de la pérdida de peso de la hora 19 y 24 no varían significativamente, siendo la pérdida de peso al final del proceso del 74% de su peso inicial.
32 Tabla 7. Pérdida de peso durante la deshidratación de la papa china
Hora Min Peso (g) PP
(g/min) % PP
0 0 339 0.000 00%
1 56 289 0.893 15%
2 126 228 0.871 33%
3 195 176 0.754 48%
5 310 136 0.348 60%
6 361 127 0.176 63%
7 417 120 0.125 65%
8 484 114 0.090 66%
10 596 108 0.054 68%
11 660 105 0.047 69%
19 1 112 93 0.027 73%
24 1 412 87 0.020 74% PP = Pérdida de peso
La Figura 4 muestra el comportamiento general de la papa china durante la deshidratación. Siendo que la pendiente de la curva durante las primeras 5 horas responde a la ecuación 6 con un R2 de 0.95, mientras que posterior a las 5 horas su comportamiento es igual al de la ecuación 7 con un R2 de 0.921. Siendo R2 un valor que indica el grado de ajuste del modelo a los datos reales, que varía entre 0-1, donde 1 indica un ajuste óptimo.
Figura 4. Curva de deshidratación de la papa china a 45°C por 24h 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80%
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
P o rc en taje d e p ér d id a d e p es o
33
[6] R2 = 0.950
[7] R2 = 0.921
Dónde:
Y = Porcentaje de pérdida de peso X = Tiempo en horas
R2 = Coeficiente de determinación
4.2. CARACTERIZACIÓN DE LAS HARINAS
4.2.1. DETERMINACIÓN DEL ÍON HIDRÓGENO DE LAS HARINAS Algunos estudios realizados con harinas de papa china han reportado pHs cercanos a la neutralidad. Valores de 6.7 y 6.78 fueron reportados por Palomino (2010) y Rodríguez-Miranda (2011) respectivamente. No obstante el pH de la harina de papa china presenta ligeras variaciones dependiendo de la variedad con la que se esté trabajando (Mbofung, 2006). El pH obtenido durante el análisis fue de 6.34, valor que se asemeja al 6.24 reportado por Mbofung (2006) de la variedad Kwanfre Ngdere de la Colocasia esculenta.
4.2.2. DETERMINACIÓN DE LA ACIDEZ TITULABLE DE LAS HARINAS
34 diferencias con la acidez titulable de 0.007 en función del ácido sulfúrico reportados por Palomino (2010) para la harina de papa china.
4.2.3. ANÁLISIS PROXIMAL DE LAS HARINAS
En la Tabla 8 se presenta la composición proximal de la harina de papa china y la harina de trigo utilizadas en este estudio. Darkwa (2013), menciona que el contenido promedio de proteína en la harina de papa china varía entre el (3-6)%; no obstante en este trabajo se obtuvo un 7.89% de contenido proteico para la harina de papa china. El contenido de cenizas en la harina de papa china es alto en comparación a la harina de trigo (Tabla 8), y tiene una gran similitud a los valores reportados por Darkwa (2013) con 4.01% y Mbofung (2003), que utilizó seis diferentes variedades de papa china para su estudio.
El contenido de grasa en la harina de papa china por lo general es inferior al 1%, sin embargo este valor puede cambiar dependiendo la variedad de papa china que se utilice (Mbofung, 2003). En este caso el contenido de grasa de la harina de papa china es del 0.70% , tal como se puede observar en la Tabla 8.
Tabla 8. Análisis proximal de las harinas de trigo y papa china Parámetro Harina de papa china1 Harina de trigo1
Humedad (%) 5.78 ± 0.05 a 13.33 ± 0.00 b
Proteína (%) 7.89 ± 0.02 a 13.62 ± 0.04 b
Grasa (%) 0.70 ± 0.11a 1.01 ± 0.04 a
Cenizas (%) 4.91 ± 0.01 a 0.85 ± 0.01 b
Fibra (%) 1.26 ± 0.00 a 0.49 ± 0.00 b
Carbohidratos totales (%) 79.48 ± 0.04 a 70.71 ± 0.07 b
1
Media ± desviación estándar (n=2)
35 cenizas de ambas muestras el más significativo. Por otro lado, la concentración de proteínas y grasa es superior en la harina de trigo. Mbofung (2003), señala que las harinas de papa china elaboradas con materia prima cultivada en áreas montañosa suelen tener un valor proteíco de hasta 11.7% y presentan un concentración de grasa entre el 0.3% al 0.6%. Es posible notar también que todos los parámetros analizados presentan diferencias significativas entre sí.
Tabla 9. Análisis proximal de las harinas de trigo y papa china en base seca
Parámetro Harina de papa china1 Harina de trigo1
Proteína (%) 8.37 ± 0.03 a 15.71 ± 0.04 b
Grasa (%) 0.74 ± 0.12 a 1.17 ± 0.05 b
Cenizas (%) 5.21 ± 0.01 a 0.97 ± 0.01 b
Fibra (%) 1.34 ± 0.00 a 0.57 ± 0.00 b
Carbohidratos totales (%) 84.36 ± 0.08 a
81.59 ± 0.08 b
1
Media ± desviación estándar (n=2)
Letras diferentes en una misma fila indica diferencia significativa (P<0.05)
36 El contenido proteico de la harina de papa china es inferior a la harina de trigo no obstante la cantidad de fibra es superior (Tabla 9). El almidón presente en la harina de papa china es de 57.55 g /100 g de harina (Rodríguez-Miranda, 2011) y en la harina de trigo es de aproximadamente 67 g /100 g de harina (Bernabé, 2007). A pesar del alto contenido de proteínas y almidón en la harina de trigo, presenta un IAA más bajo que el de harina de papa china. Esto podría deberse a que el hinchamiento y la absorción de agua varían en función de los almidones nativos de las diferentes especies vegetales (Hernández-Medina & Torruco-Uco, 2008).
Tanto los valores obtenidos en el ISA y el IAA de la papa china (14.275% y 2.744 g H2O/g de muestra, respectivamente) presentan
diferencias con los reportados por Rodríguez-Miranda, 9.24% y 1.78 g H2O/g de una muestra de origen mexicano. Otros análisis realizados
con la papa china presentan valores de IAA más cercanos al obtenido en este trabajo, como es el caso de Kaur (2013) que obtuvo un valor de 2.7 g H2O/g de muestra; dicho valor también fue reportado para la
variedad sosso chad de papa china (Mbofung, 2006).
Los resultados del índice de absorción de agua (Tabla 10) son menores para la harina de trigo en comparación con la harina de papa china. La misma relación se observó en el trabajo de Lescano (2010), al comparar tres variedades de harina de trigo (con valores similares a los obtenidos en este trabajo) y harina de papa gabriela. El valor de IAA para la harina de trigo reportado por Salazar & Álvarez-Martínez (2001) fue de 2.184 g H2O/g de muestra, valor que se aproxima al obtenido en este trabajo.
Tabla 10. Propiedades funcionales de las harinas de papa china y trigo Parámetro Harina de papa china1 Harina de trigo1
ISA (%) 14.275 ± 0.364 a 5.142 ± 0.163 b
IAA (g H2O/g muestra 2.744 ± 0.054 a 1.950 ± 0.023 b
1
Media ± desviación estándar (n=3)
37 El índice de solubilidad en agua es mayor en la harina de papa china al compararlo con el de la harina de trigo, en una relación cercana a 3:1; la misma relación fue reportada por Rodríguez-Sandoval (2006) al determinar el ISA de harina de trigo y harina de papa.
4.2.5. ANÁLISIS DE COLOR DE LAS HARINAS
Los valores de 85.5 L*, -0.12 a* y 6.4 b* reportados por Kaur (2013), son muy similares a los obtenidos en este trabajo (Tabla 11), otros resultados con valores muy similares son los de Palomino (2010) y Rodríguez-Miranda (2011), sus resultados fueron 93.27 L*, 0.48 a*, 7.93 b* y 81.2 L*, 3.30 a*, 10.6 b* respectivamente.
Tabla 11. Análisis de color de la harina de trigo y harina de papa china Harina de papa
china1
Harina de trigo1 L* 87.37 ± 0.22 a 87.96 ± 0.04 b a* -0.07 ± 0.01 a -0.38 ± 0.01 b b* 7.26 ± 0.08 a 10.68 ± 0.02 b IW 65.53 ± 0.22 a 55.53 ± 0.09 b ΔE 17.97 ± 0.43 a 17.48 ± 0.09 b
1
Media ± desviación estándar (n=3)
Letras diferentes en una misma fila indica diferencia significativa (P<0.05)
Un valor de L* positivo muestra una tendencia al blanco, en este caso ambas muestras tienen un valor alto en este parámetro, el valor de a* negativo indica una tendencia al color azul, la cual es ligeramente más fuerte en la harina de trigo. Los valores de b* positivo se relacionan con el color amarillo y en este caso la harina de trigo tiene un valor más alto en comparación al de la harina de papa china.
38 trigo presentó valores de IW y ΔE que muestran una coloración más alejada del blanco ideal.
4.3. ANÁLISIS REOLÓGICO - MIXOLAB
En la Tabla 12 se presentan, la humedad de las muestras al realizarse el análisis, el porcentaje de hidratación (cantidad de agua necesaria para formar la masa) que se utilizó para cada una de las muestras y la estabilidad de las masas durante el proceso.
Tabla 12. Porcentaje de hidratación, humedad y la estabilidad de Mixolab
Porcentaje de sustitución
Hidratación (%)
Humedad (%)
Estabilidad (min)
00% HPC 65.5 12.8 8.32
05% HPC 65.0 12.7 9.43
10% HPC 65.0 12.5 10.05
20% HPC 63.4 11.7 10.17
*HPC - Harina de papa china
La cantidad de gluten presente en la muestra, afecta directamente el porcentaje de hidratación. Entre mayor sea el contenido de gluten mayor será la hidratación (Chopin Applications Laboratory, 2009). Es posible observar (Tabla 12) este comportamiento en los resultados obtenidos del Mixolab; cuando se trabaja con harina de trigo al 100% la hidratación de 65.5%, al trabajar con una sustitución del 5% y 10% la hidratación baja a 65% y con una sustitución del 20% la hidratación es de 63.4%.
39 Tabla 13. Caracterización del comportamiento reológico de las
diferentes mezclas de harinas en el Mixolab Standard
00% HPC 05% HPC 10% HPC 20% HPC
Par (Nm) Tiempo (min) Par (Nm) Tiempo (min) Par (Nm) Tiempo (min) Par (Nm) Tiempo (min) C1 1.09 4.08 1.08 5.43 1.06 5.87 1.05 1.25
C2 0.39 17.57 0.39 17.7 0.36 17.88 0.33 18.13
C3 1.35 26.13 1.36 22.7 1.34 23.28 1.33 22.97
C4 1.27 31.12 1.22 30.95 1.15 31.12 1.16 28.73
C5 2.05 45.02 1.93 45.02 1.79 45.02 1.9 45.02
*HPC - Harina de papa china
4.3.1. C1: DESARROLLO DE LA MASA
Durante esta etapa la masa se vuelve más resistente a la extensión, por lo que el Par aumenta rápidamente. Cuando se alcanza un Par de 1.1 aproximadamente, se dice que la masa se ha desarrollo completamente (Pazmiño, 2013). Según Sandoval (2012), la harina tiene mayor fuerza cuando el tiempo de llegada a C1 se incrementa, no obstante el tiempo de amasado óptimo es de 4 a 5 minutos. En los resultados que se muestran en la Tabla 13 es posible ver un aumento en el tiempo de llegada a C1 en las muestras con 5% y 10% de harina de papa china, sin embargo se ve una caída significativa cuando se utiliza el 20% de harina de papa china.
40 mayor. Dando como resultado que a medida que se aumenta harina de papa china a la formulación, la estabilidad de la masa aumenta.
4.3.2. C2: DEBILITAMIENTO DE LAS PROTEÍNAS BASADO EN EL TRABAJO MECÁNICO Y LA TEMPERATURA
Codina (2010), señala la relación existente entre el valor C2 y el volumen. Entre mayor sea el valor de C2 se espera que mayor sea el volumen del pan, sin embargo Guerra (2014) señala que valores superior a 0.6 Nm proporcionan una masa de tenacidad elevada, lo que provoca un pan con muy poco volumen y lo recomendado son valores de C2 en un rango inferior a 0.5 Nm, puesto que proporcionan una masa de tenacidad adecuada y panes voluminosos, por lo que se puede interpretar que el pan control y el pan con 5% de papa china tienen un mayor volumen que el pan con 20% de sustitución, no obstante todos los valores de C2 se encuentran en un rango inferior a 0.5 Nm.
La diferencia de la caída entre C1 y C2 tiene una relación inversamente proporcional con relación al volumen (Codina, 2010). En este caso las diferencias entre las formulaciones son mínimas (Tabla 14). En los trabajos realizados por Pineda (2014) y Guerra (2014) es posible notar una baja significativa en el volumen (con relación al pan control) a medida que se adiciona harina de malanga y harina de mashua correspondientemente para cada uno de los trabajos.
4.3.3. C3: GELATINIZACIÓN DEL ALMIDÓN
41 De forma general, una harina de trigo con una calidad de almidón superior y una actividad amilástica más baja tendrá un C3 más elevado (Pineda, 2013). En la Tabla 13 es posible notar que con una sustitución del 10% y 20% de harina de papa china, la calidad del almidón de las mezclas de harinas disminuye en relación a la harina de trigo.
4.3.4. C4: ESTABILIDAD DEL GEL DEL ALMIDÓN FORMADO
La amilasa es una enzima que se encarga de desdoblar el almidón en fracciones de menor longitud llamadas dextrinas. Tejero (2014), señala que es importante tener una actividad amilásica adecuada para la elaboración de pan, debido a que con una concentración insuficiente de amilasas se verá afectada la producción de azúcares fermentables y con ello el volumen del pan, mientras que una actividad amilásica alta disminuye la capacidad de retención de agua de la masa dando como resultado una masa de consistencia líquida y pegajosa. Pazmiño (2013), resalta que una menor diferencia entre C3 y C4 se relaciona con una actividad amilásica baja. En la Tabla 14 se muestran los valores de la diferencia de C3 y C4, siendo la harina de trigo la que posee el valor más bajo (0.08) y la harina con 10% de harina de papa china la del valor más alto (0.19).
4.3.5. C5: RETROGRADACIÓN DEL ALMIDÓN DURANTE LA ETAPA DE ENFRIAMIENTO
42 útil más prolongada (Tabla 14). El mismo aumento de la vida útil se da con la adición de harina de malanga (Pineda, 2013).
Tabla 14. Tabla de diferencias de los valores de C (Mixolab Standar) Porcentaje de sustitución C1-C2 C3-C2 C3-C4 C5-C4
00% HPC 0.70 0.96 0.08 0.78
05% HPC 0.69 0.97 0.14 0.71
10% HPC 0.70 0.98 0.19 0.64
20% HPC 0.72 1.00 0.17 0.74
*HPC - Harina de papa china
C1-C2: estabilidad y debilitamiento proteico; C3-C2: gelatinización del almidón; C3-C4: actividad amilolítica; C5-C4: almidón gelificante.
4.4. CARACTERIZACIÓN DEL PAN 4.4.1. ANÁLISIS DE COLOR
Durante el horneado del pan, la corteza adquiere una coloración oscura, esto debido a la reacción Maillard y las altas temperaturas. Las características de la harina, como la granulometría, el grado de almidón dañado, o el contenido en amilasas, tienen influencia sobre la coloración final del producto. Cuando el contenido en alfa-amilasas es excesivo, se puede obtener colores de corteza rojizos. La falta de amilasas en la masa, dará colores de corteza pálidos. La cantidad de agua incorporada a la masa, también repercute en la coloración de la corteza. Cuanto más blanda sea la masa, más oscura será la coloración de la corteza, la razón es que a mayor contenido de agua, las condiciones para el desarrollo de la actividad enzimática serán más favorables (Guerra, 2014).
43 de amarillo más intensa, y su luminosidad es más alta , dando como resultado panes con corteza más clara. Sin embargo el pan de 20% presenta una tonalidad un tanto más oscura, esto puede deberse a que el valor de alfa es mayor en esta muestra, lo que otorga una tonalidad rojiza más fuerte que el pan con 10% de papa china. La corteza del pan con 5% de harina de papa china en comparación el pan control posee un color muy similar y no presentan diferencias significativas entre sí.
Tabla 15. Variación en la luminosidad, tono y saturación del color en la corteza de los diferentes panes
00% HPC 05% HPC 10% HPC 20% HPC
L (Luminosidad) 60.54 ± 4.23 ab 58.18 ± 2.85 b 66.26 ± 4.08 a 62.46 ± 2.92 ab a* (alfa) 17.47 ± 0.71 a 17.10 ± 1.62 a 14.76 ± 1.85 a 17.38 ± 0.79 a b* (beta) 39.45 ± 3.15 ab 37.98 ± 1.48 b 42.31 ± 1.02 a 42.51 ± 1.66 a Hueo 56.32o ± 1.63 b 56.16o ± 1.52 b 59.47o ± 1.70 a 57.39o ± 0.98 ab Chroma 43.14 ± 2.55 ab 41.65 ± 1.27 b 44.82 ± 0.95 ab 45.93 ± 1.37 a
1
Media ± desviación estándar (n=3) * HPC - Harina de papa china
Letras diferentes en una misma fila indica diferencia significativa (P<0.05)
Se puede observar el color de la corteza y de la miga de los panes en la Figura 5, donde se muestran los panes de cada una de las formulaciones con un corte transversal.
Figura 5. Corte transversal de los panes (Color miga y corteza)