Desarrollo de un alimento funcional a partir de la sustitución parcial de la harina de trigo por harina de banano

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA. DESARROLLO DE UN ALIMENTO FUNCIONAL A PARTIR DE LA SUSTITUCIÓN PARCIAL DE LA HARINA DE TRIGO POR HARINA DE BANANO. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA QUÍMICA. MAYRA LUCÍA GUANÍN CATOTA [email protected]. DIRECTOR: ING. JENNY RUALES Ph.D. [email protected]. Quito, diciembre 2016.

(2) © Escuela Politécnica Nacional (2016) Reservados todos los derechos de reproducción.

(3) DECLARACIÓN. Yo, Mayra Lucía Guanín Catota, 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. Escuela. Politécnica. Nacional. 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.. Mayra Lucía Guanín Catota.

(4) CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Mayra Lucía Guanín Catota, bajo mi supervisión.. Ing. Jenny Ruales Ph.D. DIRECTOR DE PROYECTO.

(5) AGRADECIMIENTO A Dios por darme la fortaleza para levantarme y seguir adelante en los momentos difíciles. A la Dra Ruales, que con su paciencia y apoyo constante colaboró con el desarrollo de este proyecto. A mi mami Elena, a mi papá Julio, a mis hermanos Paty, Memo, Carlos, Margarita y Edwin que con sus palabras y consejos supieron guiarme. Gracias por apoyarme siempre y ser esos ángeles que Dios envía a la tierra para cuidarte. A mis sobrinos Alan, Emilio y Carlitos que con su sonrisa hicieron que un día triste se convirtiera en un día alegre. A mis amigas Mony, Karlita, Majito, Mary que con sus ocurrencias hicieron más fácil la vida estudiantil. A mis otros amigos del Decab, Mayrita, Normita, Naty, Vlady, Grace, Danilo, Lili y Magui por su ayuda durante la realización de la tesis..

(6) DEDICATORIA A mi mamita, a mi papi, a mis hermanos y a mis sobrinos que con su amor supieron darme la fortaleza para seguir luchando por mis sueños..

(7) i. ÍNDICE DE CONTENIDOS. PÁGINA RESUMEN INTRODUCCIÓN. xiii xv. 1.. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 1. 1.1.. Alimentos funcionales ricos en fibra dietética y compuestos fenólicos 1.1.1. Fibra dietética 1.1.2. Compuestos fenólicos 1.1.3. Incorporación y efectos de la fibra dietética y compuestos fenólicos en el pan 1.1.3.1. Incorporación de fibra dietética y compuestos fenólicos en el pan 1.1.3.2. Efectos de la adición de fibra dietética y compuestos fenólicos en el pan Características y propiedades utilizadas para la determinación de la calidad del pan 1.2.1. Características usadas para la determinación de la calidad del pan 1.2.2. Propiedades empleadas para la determinación de la calidad del pan 1.2.2.1. Propiedades reológicas 1.2.2.2. Propiedades térmicas. 1 2 5. 9 17 21 21 30. 2.. PARTE EXPERIMENTAL. 45. 2.1.. Evaluación física, química, farinológica y reológica de la harina de trigo, la harina de banano y las harinas compuestas 2.1.1. Obtención de harina de banano 2.1.2. Evaluación física y química de la harina de trigo y harina de banano 2.1.3. Evaluación farinológica de la harina de trigo, las harinas de banano y de las harinas compuestas 2.1.4. Evaluación reológica de la harina de trigo, las harinas de banano y de las harinas compuestas. 1.2.. 2.2.. Evaluación de la calidad del producto obtenido a través de las características de panificación, propiedades sensoriales y características funcionales 2.2.1. Evaluación de las características de panificación. 7 7 8. 45 45 46 49 50. 51 52.

(8) ii. 2.2.2. Evaluación de las propiedades sensoriales 2.2.2.1. Diseño Experimental 2.2.3. Evaluación de las propiedades funcionales 2.2.3.1. Evaluación del porcentaje de fibra dietética total 2.2.3.2. Evaluación de la cantidad de polifenoles totales 2.2.3.3. Evaluación de la capacidad antioxidante 2.2.3.4. Evaluación del porcentaje de gelatinización del almidón 2.2.3.5. Evaluación de la retrogradación del almidón. 53 53 57 57 57 57 58 59. 2.3.. Diseño de la planta para la elaboración del pan a escala industrial. 60. 3.. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. 61. 3.1.. Caracterización de la harina de trigo, la harina de banano y las harinas compuestas 3.1.1. Caracterización física de la harina de trigo y la harina de banano 3.1.2. Caracterización química de la harina de trigo y la harina de banano 3.1.2.1. Análisis proximal 3.1.2.2. Análisis del contenido de amilosa 3.1.2.3. Análisis del contenido de compuestos fenólicos 3.1.3. Caracterización farinológica de la harina de trigo, la harina de banano y las harinas compuestas 3.1.3.1. Análisis de farinogramas 3.1.3.2. Análisis de extensogramas 3.1.3.3. Análisis de amilogramas 3.1.3.4. Análisis de fermentogramas 3.1.4. Caracterización reológica de la harina de trigo, la harina de banano y las harinas compuestas. 3.2.. Caracterización del producto obtenido 3.2.1. Análisis de las características de panificación 3.2.1.1. Análisis del volumen del pan 3.2.1.2. Análisis de la simetría 3.2.1.3. Análisis de la corteza 3.2.1.4. Análisis del color de la miga 3.2.1.5. Análisis de la estructura de la miga 3.2.1.6. Análisis del aroma 3.2.1.7. Análisis de la textura de la miga 3.2.2. Análisis del diseño expermiental para la evaluación de las propiedades sensoriales 3.2.2.1. Análisis del efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre el volumen del pan. 61 61 62 62 64 65 67 67 73 74 80 85 88 88 91 92 93 94 96 97 98 98. 99.

(9) iii. 3.2.2.2. Análisis del efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre la apariencia y simetría del pan 3.2.2.3. Análisis del efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre el color de la corteza 3.2.2.4. Análisis del efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre la estructura de la miga 3.2.2.5. Análisis del efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre el color de la miga 3.2.2.6. Análisis del efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre el aroma a pan 3.2.2.7. Análisis del efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre la textura de la miga 3.2.2.8. Análisis del efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre el sabor a banano 3.2.2.9. Análisis del efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre los sabores extraños 3.2.3. Análisis de las características funcionales 3.2.3.1. Análisis del contenido de compuestos fenólicos totales 3.2.3.2. Análisis de capacidad antioxidante 3.2.3.3. Análisis de fibra dietética total 3.2.3.4. Análisis del porcentaje de gelatinización 3.2.3.5. Análisis de la retrogradación del almidón 3.3.. Desarrollo del diseño de la planta a escala industrial para la elaboración del pan 3.3.1. Definición del producto 3.3.2. Capacidad y ubicación de la planta 3.3.2.1. Capacidad de la planta 3.3.2.2. Ubicación de la planta 3.3.3. Caracterización de materia prima e insumos 3.3.3.1. Materia prima 3.3.3.2. Insumos 3.3.4. Descripción del alcance del proyecto 3.3.5. Descripción detallada del proceso 3.3.5.1. Obtención de harina de banano. 101. 103. 104. 110. 111. 113. 115. 117 119 119 120 121 123 124. 127 127 128 128 128 129 129 129 129 130 130.

(10) iv. 3.3.5.2. Elaboración del pan tipo molde 3.3.6. Diagrama de bloques (BFD) 3.3.7. Diagrama de flujo (PFD) 3.3.8. Diseño básico de la planta 3.3.8.1. Nomenclatura utilizada en equipos 3.3.8.2. Diseño de los equipos 3.3.8.3. Lay Out y Cortes. 131 131 131 137 137 138 143. 4.. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 147. 4.1. 4.2.. Conclusiones Recomendaciones. 147 149. BIBLIOGRAFÍA. 150. ANEXOS. 178.

(11) v. ÍNDICE DE TABLAS PÁGINA. Tabla 1.1.. Contenido de fibra dietética de algunos alimentos. 3. Tabla 1.2.. Contenido de polifenoles de varios alimentos. 6. Tabla 2.1.. Puntuación de las características de panificación según la norma INEN 530:2013. 53. Tabla 3.1.. Tamaño de partícula de la harina de trigo y harina de banano. 61. Tabla 3.2.. Composición proximal de la harina de trigo y la harina de banano en los tres estados de maduración. 62. Contenido de amilosa en la harina de trigo y la harina de banano en los tres estados de maduración. 64. Contenido de polifenoles en la harina de banano en los tres estados de maduración. 65. Parámetros obtenidos de los farinogramas para masas de harina de trigo y masas de las 9 harinas compuestas de banano y trigo. 67. Parámetros obtenidos del extensograma para la harina de trigo a 135 min. 73. Parámetros obtenidos de los amilogramas para suspensiones de harina de trigo, de harina de banano en los 3 estados de maduración y de las 9 harinas compuestas de trigo y banano. 74. Parámetros obtenidos de los fermentogramas para la masa de harina de trigo y para las masas de las 9 harinas compuestas de banano y trigo. 81. Resultados de los módulos de almacenamiento y pérdida y de la tangente del ángulo de fase determinados en masas de harina de trigo y harinas compuestas de banano y trigo. 85. Evaluación de las características de aptitud panadera según la norma INEN 530:2013. 89. Tabla 3.3.. Tabla 3.4.. Tabla 3.5.. Tabla 3.6.. Tabla 3.7.. Tabla 3.8.. Tabla 3.9.. Tabla 3.10..

(12) vi. ANOVA del efecto del estado de maduración y el porcentaje de sustitución sobre el volumen del pan. 99. ANOVA del efecto del estado de maduración y el porcentaje de sustitución sobre la apariencia y simetría del pan. 101. ANOVA del efecto del estado de maduración y el porcentaje de sustitución sobre el color de la corteza del pan. 103. ANOVA del efecto del estado de maduración y el porcentaje de sustitución sobre la estructura de la miga del pan. 105. ANOVA del efecto del estado de maduración y el porcentaje de sustitución sobre el número de alvéolos/cm2 de la miga del pan. 107. ANOVA del efecto del estado de maduración y el porcentaje de sustitución sobre el área total de los alvéolos. 108. ANOVA del efecto del estado de maduración y el porcentaje de sustitución sobre el color de la miga del pan. 110. ANOVA del efecto del estado de maduración y el porcentaje de sustitución sobre el aroma a pan. 112. ANOVA del efecto del estado de maduración y el porcentaje de sustitución sobre la textura de la miga del pan. 114. ANOVA del efecto del estado de maduración y el porcentaje de sustitución sobre el sabor a banano en el pan. 115. ANOVA del efecto del estado de maduración y el porcentaje de sustitución sobre los sabores extraños en el pan. 117. Porcentaje de gelatinización en muestras de pan de harina de trigo y de mezclas de trigo y banano. 124. Nomenclatura de los equipos empleados en las distintas áreas de la planta. 137. Tabla 3.24.. Características de varios equipos. 138. Tabla 3.25.. Características de la marmita. 139. Tabla 3.26.. Características del secador tipo túnel. 140. Tabla 3.11.. Tabla 3.12.. Tabla 3.13.. Tabla 3.14.. Tabla 3.15.. Tabla 3.16.. Tabla 3.17.. Tabla 3.18.. Tabla 3.19.. Tabla 3.20.. Tabla 3.21.. Tabla 3.22.. Tabla 3.23..

(13) vii. Tabla 3.27.. Características del molino de martillos. 141. Tabla 3.28.. Características de la amasadora. 141. Tabla 3.29.. Características de la cámara de fermentación. 142. Tabla 3.30.. Características del horno. 142. Tabla AX.1.. Diseño de cuadro latino incompleto empleado en la evaluación sensorial. 189. Tabla AXIII.1. Resultados del análisis sensorial al panel semientrenado. 195.

(14) viii. ÍNDICE DE FIGURAS PÁGINA. Figura 1.1.. Estructura de las proantocianidinas. Figura 1.2.. Parámetros obtenidos de un farinograma. 22. Figura 1.3.. Datos obtenidos de un extensograma. 23. Figura 1.4.. Parámetros obtenidos de un amilograma. 25. Figura 1.5.. Geometrías empleadas en un reómetro. 26. Figura 1.6.. Comportamiento lineal y no lineal de un material expuesto a una deformación. 27. Módulos de almacenamiento y pérdida en función de la frecuencia. 28. Figura 1.8.. Estructura de la amilopectina. 31. Figura 1.9.. Condiciones aproximadas de agua y temperatura requeridas para la gelatinización del almidón. 32. Cambios producidos en el almidón nativo durante el proceso de gelatinización. 34. Figura 1.11.. Parámetros registrados en el termograma obtenido por DSC. 35. Figura 1.12.. Termograma de gelatinización obtenido con un mínimo contenido de agua. 37. Termogramas en muestra de (a) miga de pan fresco, (b) corteza de pan fresco. 39. Figura 1.14.. Cambios que ocurren durante la retrogradación del almidón. 40. Figura 3.1.. Color de la corteza en pan elaborado con mezclas de trigo y banano. 94. Color de la miga en pan elaborado con mezclas de trigo y banano. 95. Figura 1.7.. Figura 1.10.. Figura 1.13.. Figura 3.2.. Figura 3.3.. Efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre el volumen del pan. 5. 100.

(15) ix. Figura 3.4.. Figura 3.5.. Figura 3.6.. Figura 3.7.. Figura 3.8.. Figura 3.9.. Figura 3.10.. Figura 3.11.. Figura 3.12.. Figura 3.13.. Figura 3.14.. Figura 3. 15.. Figura 3.16.. Figura 3.17.. Figura 3.18.. Efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre la apariencia y simetría del pan. 102. Efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre el color de la corteza del pan. 103. Efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre la estructura de la miga del pan. 105. Estructura de la miga analizada con el software Image J en pan elaborado con mezclas de harina de trigo y banano. 106. Efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre el número de alvéolos/cm2. 107. Efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre el área total de alvéolos. 109. Efecto del estado de maduración y del porcentaje de sustitución sobre el color de la miga del pan. 110. Efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre el aroma del pan. 112. Efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre la textura de la miga del pan. 114. Efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre el sabor a banano del pan. 116. Efecto del estado de maduración del banano y del porcentaje de sustitución sobre los sabores extraños percibidos en el pan. 118. Contenido de polifenoles totales en pan elaborado con harinas compuestas de trigo y banano de grado de maduración 2, 3 y 4. 119. Actividad antioxidante del pan elaborado con harinas compuestas de trigo y banano de grado de maduración 2, 3 y 4. 120. Contenido de fibra dietética total en el pan obtenido a partir de harinas compuestas que contienen harina de banano de grado de maduración 2, 3 y 4. 122. Retrogradación del almidón en harinas compuestas de trigo y banano y de 100 % harina de trigo. 126.

(16) x. Diagrama de Bloques (BFD) del proceso de elaboración de harina de banano. 132. Diagrama de Bloques (BFD) del proceso de obtención de pan tipo molde. 133. Diagrama de Flujo (PFD) del proceso de elaboración de harina de banano. 134. Diagrama de Flujo (PFD) del proceso de obtención de pan tipo molde. 136. Distribución en planta y flujo de operarios, materia prima y producto. 144. Figura 3.24.. Corte frontal A-A’. 145. Figura 3.25.. Corte posterior B-B’. 146. Figura AIV.1.. Tabla de corrección de peso según el contenido de humedad de la harina. 183. Figura 3.19.. Figura 3.20.. Figura 3.21.. Figura 3.22.. Figura 3.23.. Figura AXIV.1. Contenido de polifenoles totales. 197.

(17) xi. ÍNDICE DE ANEXOS PÁGINA. ANEXO I Escala de madurez del banano. 179. ANEXO II Tamaño de partícula. 180. ANEXO III Contenido de amilosa. 181. ANEXO IV Método del uso del farinógrafo. 182. ANEXO V Método del uso del extensógrafo. 184. ANEXO VI Método del uso del amilógrafo. 185. ANEXO VII Método del uso del fermentógrafo. 186. ANEXO VIII Método del uso del reómetro. 187. ANEXO IX Test de aptitud panadera según norma técnica INEN 530:2013. 188. ANEXO X Diseño de cuadro latino. 189. ANEXO XI Test de evaluación sensorial. 190. ANEXO XII Porcentaje de gelatinización. 194. ANEXO XIII Resultados del análisis sensorial al panel semientrenado. 195.

(18) xii. ANEXO XIV Contenido de polifenoles en banano en distintos grados de maduración. 197. ANEXO XV Diseño de varios equipos. 198. ANEXO XVI Diseño de la marmita. 201. ANEXO XVII Diseño del secador tipo túnel. 207. ANEXO XVIII Diseño del molino. 214. ANEXO XIX Hoja de especificación de la amasadora. 215. ANEXO XX Diseño de la cámara de fermentación. 216. ANEXO XXI Diseño de un horno rotativo. 218.

(19) xiii. RESUMEN El objetivo de esta investigación fue desarrollar un alimento funcional a partir de la sustitución parcial de harina de trigo por harina de banano. Se emplearon 9 harinas compuestas, que resultaron de la mezcla de ambos tipos de harina. En las harinas compuestas, la harina de trigo y las harinas de banano se realizaron evaluaciones farinológicas y reológicas. para predecir su calidad. y el. comportamiento de la masa durante los distintos procesos de panificación. Además, en las harinas de banano se determinó el contenido de amilosa y la cantidad de compuestos fenólicos. Por otro lado, la calidad del pan se evaluó a través de propiedades sensoriales y características funcionales. Se evaluaron atributos como la apariencia y simetría, el color de la corteza y miga, la estructura de la miga, el aroma a pan, la textura de la miga, el sabor a banano y los sabores extraños, empleando un diseño factorial 32, en donde los factores de diseño fueron el estado de maduración del banano (2, 3 y 4) y el porcentaje de sustitución (10 %, 20 % y 30 %). Las características funcionales determinadas fueron la cantidad de compuestos fenólicos y fibra dietética, la capacidad antioxidante, el porcentaje de gelatinización y la retrogradación del almidón.. La adición de una mayor cantidad de harina de banano produjo el incremento de los parámetros evaluados en el farinógrafo, a excepción de la estabilidad y la disminución de los parámetros determinados en el amilógrafo y fermentógrafo. De la evaluación reológica se determinó que las mezclas de harinas exhiben un comportamiento elástico. La cantidad de polifenoles y la capacidad antioxidante se incrementaron con el avance de la maduración y con el porcentaje de sustitución, mientras que la fibra dietética total se incrementó con la adición de una mayor cantidad de harina de banano en la mezcla. El análisis de las características de panificación determinó que las mezclas de harina de banano de estado de maduración 3 y 4 con sustituciones del 10 % son aptas para panificación. La adición de harina de banano produjo la disminución de las propiedades sensoriales. Las mezclas de harinas con sustituciones del 10 % obtuvieron la mayor aceptación por parte de los consumidores. El estudio de.

(20) xiv. retrogradación del almidón determinó que las mezclas con sustitución del 10 % de harina de banano de grado de maduración 3 y 4, retrogradaron en menor grado..

(21) xv. INTRODUCCIÓN En la actualidad el ritmo de vida acelerado, los nocivos hábitos alimenticios y el sedentarismo han conducido al incremento de enfermedades tales como la obesidad, la diabetes, afecciones cardiovasculares y cáncer. Por otro lado, la inequidad económica ha ocasionado el incremento de la desnutrición, afectando a gran parte de la población (Rubiano, 2006, pp. 16-17).. Ante esta situación se ha incrementado el consumo de un cierto tipo de alimentos, que además de contribuir con la nutrición del ser humano, ayuden en la prevención de enfermedades, como los alimentos funcionales (Siró, Kápolna, Kápolna y Lugasi, 2008, p. 457).. El desarrollo de alimentos funcionales obtenidos a partir de productos de panificación, constituye una alternativa en países como el Ecuador, donde el pan es el alimento más consumido por la población. Los panes funcionales son elaborados con harinas compuestas, que son una mezcla de distintos tipos de harinas, que pueden ser producidas a partir de frutas como el banano, leguminosas, tubérculos, entre otros. La FAO ha considerado que las harinas compuestas pueden ser una opción en países donde el trigo no es un cultivo endémico, como es el caso del Ecuador (INEC, 2012, p. 29; Olaoye y Ade, 2011, pp. 183-184).. El banano posee una cantidad significativa de fibra dietética y compuestos fenólicos, que le permite ser empleado en alimentos funcionales, luego de su posterior procesamiento a harina (Bello, Agama, Osorio, Utrilla y García, 2011, p. 240)..

(22) xvi. Actualmente el banano constituye una importante fuente de ingresos para el país, porque es el segundo producto agrícola de mayor exportación. Sin embargo aproximadamente el 17 % del banano producido no es apto para la exportación. Por otro lado, según el Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca (2014), el trigo constituye el segundo producto que se importa en el Ecuador (pp. 2-3).. Esta situación sugiere el aprovechamiento del banano en la elaboración de un alimento funcional, que resultará de una harina compuesta, obtenida de la mezcla de harina de trigo y harina de banano, disminuyendo así la cantidad y el valor de la importación de la harina de trigo.. Este trabajo tiene como objetivo el desarrollo de un pan funcional a partir de la sustitución parcial de harina de trigo por harina de banano en estado de maduración 2, 3 y 4..

(23) 1. 1.. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 1.1.. ALIMENTOS. FUNCIONALES. RICOS. EN. FIBRA. DIETÉTICA Y COMPUESTOS FENÓLICOS En la actualidad se ha disminuido el consumo de alimentos saludables como consecuencia del ritmo de vida acelerado y la falta de actividad física provocando desequilibrios alimentarios que están relacionados con el aparecimiento de enfermedades. Ante esta situación surge la necesidad de consumir alimentos que presenten beneficios para la salud del ser humano, a los que se les denomina alimentos funcionales (Siró et al., 2008, p. 457).. Los alimentos funcionales se definen como alimentos que proporcionan beneficios en la salud y disminuyen el riesgo de adquirir enfermedades. Tienen como finalidad mejorar las condiciones del cuerpo, reducir el riesgo de diversas enfermedades y además se los emplea para el tratamiento de distintas afecciones (Siró et al., 2008, p. 457).. Existen distintos tipos de ingredientes funcionales como los prebióticos, los probióticos, las vitaminas, los minerales, los antioxidantes, los ácidos grasos y los fitoquímicos. Los ingredientes funcionales pueden estar formando parte de distintos productos como las bebidas, los cereales, los productos de panificación, entre otros. Las bebidas se encuentran fortificadas con ingredientes funcionales tales como las vitaminas A, C y E, y además pueden incluir Ca y Mg. Los cereales pueden ser empleados por los microorganismos probióticos como sustratos fermentables y además ser utilizados como elementos de encapsulación para probióticos (León, Jiménez y Dávila, 2015, p. 42; Siró et al., 2008, p. 459)..

(24) 2. El desarrollo de distintos tipos de alimentos funcionales como los productos de panificación está tomando gran importancia. Entre los productos de panificación como las galletas, el pan, las pastas entre otros, el de mayor consumo en Latinoamérica es el pan. En el Ecuador el pan constituye el principal alimento consumido por la población (INEC, 2012, p. 29; Ronayne, Brites, Ferrero, Aroche y León, 2009, p. 121).. Los productos de panificación, especialmente el pan, elaborados con mezclas de harinas, en las que se usa sustituciones parciales de harina de trigo por distintas fuentes como frutas, leguminosas, entre otras, constituyen una alternativa especialmente en países donde el trigo no es un cultivo endémico. Entre las frutas empleadas en alimentos funcionales el banano constituye una de más empleadas, debido a que presenta un bajo índice glucémico y además posee elevadas cantidades. de. compuestos. fenólicos. que. contribuyen. con. propiedades. antioxidantes (Mohapatra, Mishra y Sutar, 2010, pp. 324-325; Olaoye y Ade, 2011, pp. 183-184).. Los alimentos funcionales presentan en su composición compuestos bioactivos, que se clasifican con base en el tipo de biopolímero que lo constituyen en: fibra dietética, polifenoles, lípidos funcionales, proteínas, péptidos y carotenoides (Gnanavinthan, 2013, p. 1).. 1.1.1.. FIBRA DIETÉTICA. La fibra dietética es un componente de las paredes celulares de las plantas que no se digiere ni tampoco se absorbe en el intestino delgado. Está formada principalmente de polisacáridos y ligninas. Los polisacáridos son carbohidratos formados de 10 o más unidades de monosacáridos (Gnanavinthan, 2013, pp. 910; Guillon, Champ, Thibault y Saulnier, 2011, p. 583)..

(25) 3. La fibra dietética está clasificada de acuerdo a su solublilidad en agua, en soluble e insoluble. La fibra dietética soluble se encuentra constituida por pectinas, mucílagos y gomas y generalmente está presente en frutas, vegetales, salvado de avena y frejol. La fibra dietética insoluble está compuesta de celulosa, hemicelulosa y lignina y se la puede encontrar en alimentos como el trigo, vegetales y en cereales integrales. La fibra dietética está constituida de aproximadamente un 75 % de fibra insoluble. La Tabla 1.1 muestra la cantidad de fibra dietética soluble, insoluble y total de algunos alimentos (Gao y Yue, 2012, p. 261; Rodríguez, Jiménez, Fernández, Guillen y Heredia, 2006, p. 4).. Tabla 1.1. Contenido de fibra dietética de algunos alimentos Fibra dietética (g/100 g) Alimento Total. Insoluble. Soluble. Tomates. 1,20. 0,80. 0,40. Manzana. 1,50. 1,30. 0,20. Banano. 1,70. 1,20. 0,50. Arándanos. 2,70. 2,40. 0,30. Pan de harina de trigo. 2,50. -. -. Pan enriquecido con fibra. 4,20. -. -. Pan francés. 2,70. 1,90. 0,80. Cereales para el desayuno. 35,30. 32,80. 2,50. Fréjol cocinado. 2,50. 1,50. 1,00. (Guillon et al., 2011, p. 596; Rosell, 2011, p. 12). El consumo de fibra dietética puede ser a través de alimentos que posean naturalmente este polisacárido o de productos en los que se la incorpora como suplemento. Las fuentes intrínsecas de fibra dietética son los cereales y derivados, frutos secos, frutas, tubérculos y raíces. Los suplementos se obtienen de dos formas, como concentrados y como aislados. Los concentrados son fibras enriquecidas que se obtienen del procesamiento de frutas, cereales, leguminosas y vegetales y se emplean como ingredientes con el objetivo de incrementar la.

(26) 4. cantidad de fibra en los alimentos. Los aislados se consiguen a partir de un proceso de extracción, purificación y recuperación del polisacárido de interés (Guillon et al., 2011, pp. 589-590 y 592).. En la actualidad la fibra dietética se está empleando en varios sectores de la industria alimenticia, debido a los efectos beneficiosos que presenta. Los alimentos concentrados de fibra dietética que se consumen con mayor frecuencia son los cereales para el desayuno y los productos panificables. Los productos panificables usaban como ingredientes cereales sin refinar, pero actualmente están siendo sustituidos por otras fuentes de fibra como las frutas, debido a que poseen mejores características nutricionales como altos contenidos de fibra dietética total, bajo contenido calórico, mejores propiedades antioxidantes y mayor retención de agua (Rodríguez et al., 2006, p. 9).. El contenido de fibra dietética depende de la fuente alimenticia. Los alimentos que no contienen almidón poseen entre 20-35 g/100 g de peso seco, los alimentos que incluyen almidón contienen 10 g/100 g de peso seco y las frutas y vegetales aportan con 1,5-2,5 g/100 g de peso seco (Rodríguez et al., 2006, p. 8).. La fibra dietética cumple con las propiedades necesarias para ser incluida como ingrediente en el desarrollo de alimentos funcionales, debido a que promueve varios efectos positivos en la salud del ser humano, pues contribuye a la prevención de varias afecciones tales como la obesidad, la diabetes, el cáncer de colon, el cáncer estomacal y enfermedades cardiovasculares. La fracción soluble de la fibra está relacionada con la disminución del nivel de colesterol, mientras que el constituyente insoluble se encuentra vinculado con la regulación intestinal (Gao y Yue, 2012, pp. 262-267; Rodríguez et al., 2006, p. 5).. Se recomienda que la ingesta diaria de fibra dietética sea de 25 g/d para mujeres y de 38 g/d para hombres (Gao y Yue, 2012, p. 261; Rodríguez et al., 2006, p. 8)..

(27) 5. 1.1.2.. COMPUESTOS FENÓLICOS. Los compuestos fenólicos son un conjunto de fitoquímicos que presentan en su estructura uno o más anillos aromáticos y dos o más grupos hidroxilo fenólicos. Estos compuestos se clasifican en flavonoides, tocoferoles, ácidos fenólicos, lignanos, estilbenos, taninos y cumarinas. La Figura 1.1 exhibe la estructura de los. taninos. condensados. o. también. conocidos. como. proantocianidinas. (Gnanavinthan, 2013, pp. 1-3; Stevenson y Hurst, 2007, p. 2 900).. Figura 1.1. Estructura de las proantocianidinas (Gnanavinthan, 2013, p. 10). Los polifenoles se encuentran presentes principalmente en frutas y vegetales. Los flavonoides se pueden encontrar en frutas como la manzana, la papaya, la naranja, el kiwi, etc. Las ciruelas, las bayas, los kiwis y las manzanas contienen ácidos fenólicos. Los estilbenos están presentes en el vino. El banano y las uvas contienen taninos, específicamente taninos condensados. La Tabla 1.2 presenta la cantidad de polifenoles de varios alimentos (Gnanavinthan, 2013, pp. 2-9)..

(28) 6. Tabla 1.2. Contenido de polifenoles de varios alimentos Alimento. Polifenoles totales (mg GAE/100 g peso fresco). Guayaba. 462,00. Capulí. 331,00. Fresas. 238,00. Naranjilla. 91,00. Tomate de árbol. 81,00. Harina de quinua*. 280,00. Harina de trigo sarraceno*. 725,00. Pan de 15 % quinua y 85 % trigo*. 188,00. Pan de 15 % amaranto y 85 % trigo*. 173,00. * (mg/100 mg peso seco) (Chlopicka, Pasko, Gorinstein, Jedryas y Zagrodzki, 2012, p. 550; Vasco, Ruales y Eldin, 2008, p. 820). Entre los principales antioxidantes incluidos en la dieta diaria del ser humano como la vitamina C, la vitamina E y los carotenoides, los polifenoles resultan ser los más consumidos. Este creciente interés por los compuestos fenólicos se atribuye a las propiedades antioxidantes que exhiben. El carácter antioxidante está relacionado con la capacidad que presentan los polifenoles para captar radicales libres. Los radicales libres resultan de las reacciones biológicas del cuerpo humano y pueden causar severos daños en las biomoléculas. Se conoce que los radicales libres que originan efectos degenerativos crónicos son las especies reactivas del oxígeno, tales como los superóxidos (O2-), el radical hidroxilo (Gnanavinthan, 2013, p. 3; Scalbert, Manach, Morand, Rémésy y Jiménez, 2005, p. 287).. Se plantean dos mecanismos de acción antioxidante. El primer mecanismo incluye la capacidad que posee el grupo hidroxilo fenólico de ceder un protón al radical libre. El segundo mecanismo se basa en la transferencia de un electrón desde el polifenol hacia el radical libre promoviendo la formación de un catión. Los polifenoles que poseen en su estructura grupos catecol exhiben una mayor capacidad antioxidante que aquellos que tienen un grupo fenol (Cheynier, 2012, p..

(29) 7. 166; Gnanavinthan, 2013, p. 3; Quideau, Deffieux, Douat y Pouységu, 2011, p. 597; Scalbert et al., 2005, p. 289).. La incorporación de estos compuestos en la dieta permite la prevención de varias enfermedades como el cáncer, la diabetes, la osteoporosis, las afecciones cardiovasculares y las afecciones neurodegenerativas (Scalbert et al., 2005, p. 288).. La fibra dietética y los compuestos fenólicos son considerados potenciales ingredientes en el desarrollo de alimentos funcionales debido a los efectos benéficos que presentan para la salud del ser humano (Rodríguez et al., 2006, p. 8; Sivam, Sun, Young y Perera, 2010, p. 163).. 1.1.3.. INCORPORACIÓN Y EFECTOS DE LA FIBRA DIETÉTICA Y COMPUESTOS FENÓLICOS EN EL PAN. 1.1.3.1.. Incorporación de fibra dietética y compuestos fenólicos en el pan. Se han realizado varias investigaciones en las que se sustituye parcialmente la harina de trigo por harina de banano para la elaboración de pan, utilizando distintas materias primas y aditivos.. Ho, Abdul y Azahari (2013) emplearon harina obtenida a partir del pseudotallo del banano para reemplazar un 10 % de harina de trigo por harina de banano. En la formulación se incorporó un 0,8 % de mejoradores como la goma xantan (XG) y la carboximetilcelulosa (CMC). Los resultados determinaron que la incorporación de harina del pseudotallo del banano, mejoró las características nutricionales, debido a que se incrementó el contenido de fibra dietética en el pan, pero redujo la calidad del producto final. Sin embargo, la carboximetilcelulosa mejoró el volumen de pan, la densidad y el peso, a diferencia de la goma xantan que no presentó ningún efecto mejorador (pp. 532 y 538)..

(30) 8. En la investigación realizada por Zuwariah y Aziah (2009) se empleó harina de banano en estado de maduración 2, para reemplazar un 10 y 20 % de harina de trigo por harina de banano en la elaboración de pan. Los resultados determinaron que la adición de harina de banano, incrementó el contenido nutricional del producto, debido a la adición de polifenoles, que fue mayor en la sustitución del 20 % (p. 40).. 1.1.3.2.. Efectos de la adición de fibra dietética y compuestos fenólicos en el pan. La incorporación de fibra a un alimento depende de los efectos biológicos y físicos que se desean en el producto final. La adición de fibra dietética insoluble en productos de panificación presenta un efecto limitado, debido a su baja funcionalidad y fermentabilidad, mientras que la fibra dietética soluble puede ser fermentada por la microflora del intestino delgado, consiguiendo los efectos metabólicos deseados (Sivam et al., 2010, p. 169).. La adición de fibra dietética puede producir algunos efectos negativos en la calidad del pan, como la obtención de un pan de menor volumen, el incremento de la firmeza del pan y una miga más oscura (Sivam et al., 2010, p. 170).. El procesamiento de los alimentos, como el calentamiento puede alterar los polifenoles presentes en los alimentos. En el caso del horneado, la reducción de compuestos fenólicos puede atribuirse a las interacciones que ocurren entre los polifenoles y las proteínas del trigo, a través de puentes de hidrógeno, formados durante la preparación de la masa (Sivam et al., 2010, p. 171).. La capacidad antioxidante de un producto horneado puede proceder de los polifenoles propios presentes en la harina o de ingredientes fenólicos añadidos. La adición de un alto nivel de polifenoles en formulaciones de alimentos, puede producir efectos negativos en los atributos sensoriales del producto final, tales como la astrigencia y el sabor amargo. Por otro lado, la incorporación de una adecuada cantidad de compuestos fenólicos, que coexisten naturalmente con.

(31) 9. otros compuestos bioactivos como los polisacáridos, puede incrementar la aceptabilidad del consumidor, debido a los efectos benéficos de los atributos sensoriales, originados como consecuencia de las interacciones entre los polifenoles y otros compuestos (Sivam et al., 2010, p. 171).. 1.2.. CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES UTILIZADAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD DEL PAN. El pan constituye uno de los alimentos básicos incluidos en la dieta del ser humano, pues su consumo se remonta a la era neolítica en donde se elaboraban panes con agua y trigo triturado, pero fueron los egipcios quienes emplearon por primera vez la levadura en la preparación del pan, desarrollando así nuevas técnicas de panificación. Actualmente en países como Alemania, Reino Unido, Chile y Perú, el pan constituye el mayor componente de la dieta diaria de la población, e incluso en el Ecuador este producto es el alimento más consumido de los hogares (Hernández y Majem, 2010, pp. 67-69, INEC, 2012, p. 29).. El pan es una espuma sólida, elástica e inestable que se encuentra formada por una fase continua y una fase discontinua. La fase continua está constituida por una red elástica de moléculas entrecruzadas de gluten y por moléculas de amilosa lixiviada. La fase discontinua incluye gránulos de almidón hinchados y gelatinizados (Gray y Bemiller, 2003, p. 1).. Los principales ingredientes empleados en la preparación del pan son la harina de trigo, la grasa, el agua, el azúcar, la levadura y la sal; sin embargo, la harina y el agua son sus mayores componentes. La harina de trigo está constituida principalmente de almidón, agua, proteínas, pentosanos, lípidos y cenizas. El almidón constituye alrededor del 70-75 %, el agua representa el 14 %, las proteínas se encuentran en un 15 %, los pentosanos constituyen el 2,5 %, los lípidos representan el 2,5 % y las cenizas se encuentran en un 0,5 % (Goesaert, Brijs, Veraverbeke, Courtin, Gebruers y Delcour, 2005, p. 12; Mondal y Datta, 2008, p. 466; Pateras, 2007, p. 284)..

(32) 10. La principal función de la harina de trigo en el proceso de panificación, es el aporte de las proteínas que permiten la creación de la red del gluten. La harina de trigo posee dos grupos de proteínas, clasificadas de acuerdo a su funcionalidad: las proteínas del gluten y las no proteínas del gluten. Las gluteninas y las gliadinas que representan entre el 80 y 85 % del total de la proteína del trigo, conforman el grupo de las proteínas del gluten, mientras que el 15 a 20 % restante está compuesto por las albúminas y las globulinas. La estructura molecular de estas proteínas son diferentes; las gluteninas son polímeros lineales largos de alto peso molecular, mientras que las gliadinas son cadenas simples. Las gluteninas y las gliadinas desempeñan una función muy importante en la calidad del pan, porque con su estructura e interacciones contribuyen al desarrollo de las propiedades de extensibilidad y elasticidad de la masa, parámetros que son necesarios para la obtención de una red de gluten que sea capaz de resistir las celdas de gas, consiguiendo así un adecuado volumen de pan (Stauffer, 2007, pp. 299 y 308; Goesaert et al., 2005, p. 18).. El agua, al ser uno de los mayores componentes del pan, ejerce una influencia importante en la reología de la masa. La variación de las propiedades reológicas dependerá de la cantidad de agua adicionada, porque al añadir mucha agua se obtendrá una masa suave y difícil de moldear, mientras que al incorporar muy poca agua la masa será firme. En los dos casos se elaborará un pan de inferior calidad. Los componentes de la harina que absorben agua son las proteínas, el almidón nativo, el almidón dañado y los pentosanos (Cauvain, 2007, p. 6; Stauffer, 2007, p. 305; Cauvain, 2003, p. 16).. La grasa que se encuentra constituida mayoritariamente por lípidos que pueden ser de origen animal o vegetal, tiene dos funciones, retener el gas y proveer la suavidad de la miga del pan (Cauvain, 2007, p. 32).. La sal permite controlar la velocidad de fermentación de la levadura, reforzar el gluten y además le proporciona sabor al pan (Mondal y Datta, 2008, p. 467; Williams y Pullen, 2007, p. 87)..

(33) 11. El azúcar empieza el proceso de fermentación (Mondal y Datta, 2008, p. 467).. La levadura se emplea para la producción del CO2 (Yang, 2006, p. 262).. ·. Proceso de panificación. El proceso de panificación comprende las siguientes etapas:. a) Mezclado y amasado: en estos procesos se lleva a cabo la homogenización de los ingredientes, la hidratación de los gránulos de almidón, de los pentosanos y de las proteínas de la harina, el desarrollo de la red del gluten y además la incorporación de aire dentro de la masa (Marsh y Cauvain, 2007, pp. 93-94).. El proceso de mezclado se inicia con la homogenización de todos los ingredientes y la absorción simultánea de agua por parte de las proteínas, el almidón nativo, el almidón dañado y los pentosanos. Durante la hidratación, se produce la asociación de las fibrillas de proteínas formando cadenas largas, que por acción del mezclado se estiran y orientan, permitiendo así la interacción entre las cadenas (Stauffer, 2007, pp. 312 y 315).. La mezcla de harina, agua y demás ingredientes forman inicialmente una suspensión viscosa y espesa que posteriormente se transforma en una masa viscoelástica. Durante el proceso de mezclado y amasado se producen algunos cambios a nivel molecular que contribuyen posteriormente al desarrollo del gluten. Por acción del mezclado las gluteninas se rompen específicamente en los enlaces disulfuro, obteniendo unidades más pequeñas de gluteninas. Estos enlaces que permiten la interacción entre las subunidades de gluteninas, ahora son reordenados para formar nuevamente las gluteninas. Otros enlaces importantes que se forman durante el mezclado son los puentes de hidrógeno (Stauffer, 2007, pp. 315-316).. Mientras ocurre el proceso de mezclado se produce el ingreso de aire, que es distribuido como burbujas dentro de la fase líquida, dando como resultado la.

(34) 12. formación de la espuma. Las celdas de gas que han sido formadas a partir de la introducción de las burbujas de aire en la masa, se encuentran diseminadas en una matriz constituida por almidón y proteína (Cauvain, 2007, p. 25; Mills, Wilde, Salt y Skeggs, 2003, p. 190).. Como consecuencia de la acción de mezclado las celdas se expanden, provocando el aumento de volumen en la masa. El CO 2 por sí solo no puede formar burbujas de gas en la masa, sino que necesita difundirse en el N 2 del aire para permanecer en la masa, puesto que todo el O2 del aire ha sido consumido en la fermentación previa de la levadura (Cauvain, 2007, p. 25).. El tamaño de las burbujas de aire creadas que ejerce influencia sobre la estructura del producto final, depende de varios parámetros como la energía impartida durante el mezclado, la viscosidad, la tensión superficial y la presión de mezclado. La energía impartida que hace referencia a la velocidad y el tiempo de mezclado, determina que existe una mayor cantidad de gas incorporado cuando el mezclado se realiza a mayor velocidad. El aumento de presión durante el proceso de mezclado permite obtener un tamaño grande de las celdas de gas, mientras que al aplicar un vacío parcial la masa cuenta con un tamaño de celdas más pequeñas, que resulta en una estructura fina de la miga de pan (Wilde, 2003, pp. 322-323).. La estabilidad de la espuma se consigue cuando se crea una capa alrededor de las celdas de gas para evitar que ocurra la coalescencia. Esta capa se crea cuando las proteínas y los lípidos que actúan como superficies activas, son adsorbidos en la superficie de las celdas (Wilde, 2003, pp. 325 y 328).. Como resultado de los procesos de mezclado y amasado se produce el desarrollo del gluten, que le confiere propiedades viscoelásticas apropiadas para su posterior manipulación (Stauffer, 2007, pp. 318-319).. b) Fermentación: durante este proceso, continúa la fermentación de la levadura, a temperaturas aproximadas de 40 °C – 45 °C y humedad relativa del.

(35) 13. 85 %, dando como resultado la producción de CO2. En esta etapa se dispone solamente de N2 para la retención del CO2 producido, debido a que todo el oxígeno fue empleado durante una fermentación previa en la etapa de mezclado (Campbell, 2003, p. 359; Stauffer, 2007, p. 319).. Durante el proceso de fermentación se producen cambios en la masa, que son atribuidos a la transformación de los azúcares en CO2 por la levadura y a la hidrólisis del almidón por acción de las enzimas (Yang, 2006, p. 261).. La harina de trigo en su composición posee algunos azúcares como la glucosa y fructosa que son monosacáridos o azúcares simples y disacáridos como la sacarosa que está formada de glucosa y fructosa y la maltosa que está constituida por dos moléculas de glucosa. La levadura utiliza directamente los azúcares simples, mientras que los disacáridos necesitan ser transformados a monosacáridos para poder ser metabolizados (Maloney y Foy, 2003, p. 52).. Al inicio del proceso de fermentación la levadura utiliza la glucosa y fructosa disponible como sustrato y la transforma en CO2, produciendo la expansión de la masa. La sacarosa es descompuesta en glucosa y fructosa por acción de las enzimas. El CO2 producido se disuelve en la masa hasta que este gas alcanza el punto de saturación en la masa. Luego de esto, el CO 2 producido se difundirá en las burbujas de aire que han sido introducidas durante el proceso de mezclado (Yang, 2006, p. 262).. Mientras ocurre el proceso de fermentación las α-amilasas que son enzimas que se encuentran en la harina de trigo, hidrolizan el almidón dañado y lo convierten a dextrinas, que son transformadas por acción de las β-amilasas en maltosa y glucosa. La levadura utiliza la maltosa una vez que toda la glucosa ha sido consumida. La hidrólisis del almidón reblandece el gluten, provocando que adquiera una mayor elasticidad, y permitiendo el incremento de la capacidad de retención del CO2 (Maloney y Foy, 2003, p. 52; Yang, 2006, p. 262)..

(36) 14. El CO2 generado provoca que las celdas de gas que han sido formadas en la fase de mezclado, incrementen su tamaño, causando así la expansión de la espuma (Campbell, 2003. p. 357; Mills et al., 2003, p. 190).. En este proceso se consigue el equilibrio en la fase acuosa entre las pequeñas celdas de gas creadas durante el mezclado con el CO 2 generado. Este hecho provoca que las celdas de gas no desaparezcan y se mantengan estables (Wilde, 2003, p. 340).. Es necesario que exista un balance entre la velocidad del gas producido por la levadura y la velocidad de expansión del gluten para obtener un pan de buena calidad. Si la velocidad del CO2 producido excede a la velocidad de expansión del gluten, se tendrá una baja capacidad de retención del gas. En tanto que, si la velocidad de obtención de CO2 es menor que la velocidad de expansión del gluten, se retendrá menos gas (Yang, 2006, p. 262).. El proceso de fermentación constituye uno de los principales parámetros que influyen en la calidad del pan. Entre los factores que afectan el proceso de fermentación se encuentran los componentes de la harina, el azúcar, la sal, la levadura, la temperatura y la humedad de la cámara de fermentación (Yang, 2006, p. 268).. El contenido y las características de la proteína de la harina, influyen en la cantidad de agua absorbida y en la resistencia del gluten. El uso de harinas compuestas, provoca el debilitamiento de la red del gluten, ocasionando la disminución de la tolerancia al mezclado y de la capacidad del gluten para mantener tiempos largos de fermentación. Esto conduce a la obtención de un pan de menor tamaño (Yang, 2006, p. 268). El azúcar constituye la principal fuente de energía de la levadura. El contenido de azúcar empleado generalmente en la elaboración del pan es del 5 %. Cuando se excede la adición de la cantidad de azúcar en un 8 %, la presión osmótica.

(37) 15. aumenta, causando la destrucción de las células de la levadura y la posterior disminución de la velocidad de fermentación (Yang, 2006, p. 269).. La sal cumple una importante función en el proceso de fermentación. La adición de una excesiva cantidad de sal, retrasa la velocidad de la fermentación, mientras que el uso de una adecuada cantidad, mejora la estructura de la red del gluten y estabiliza el proceso de fermentación (Yang, 2006, p. 269).. En panificación se usan tres clases de levaduras: la levadura prensada, la levadura seca activa y la levadura seca activa instantánea, que difieren por su velocidad de fermentación. La levadura prensada permite obtener una velocidad de fermentación más rápida, mientras que la levadura seca activa exhibe la menor velocidad de fermentación (Yang, 2006, p. 269).. La calidad y el contenido de proteína influyen en el tiempo de fermentación, así harinas con un mayor contenido de proteínas requieren de mayores tiempos de fermentación para obtener un producto de buena calidad (Cauvain, 2007, p. 26; Mondal y Datta, 2008, p. 470).. Cuando el proceso de fermentación finaliza, la masa aumenta el volumen de gas en un 70-75 %, y está preparada para ser llevada al proceso de división (Campbell, 2003, p. 364).. c) División: en este proceso se realiza la división de la masa fermentada en fracciones (Marsh y Cauvain, 2007, p. 112).. d) Horneado: en este proceso ocurren algunos cambios físicos, químicos y bioquímicos. Se producen principalmente 2 cambios físicos. El primer cambio es la transformación de una masa semifluida a un sólido, que provocan la modificación de las propiedades reológicas. El incremento de la temperatura por encima de los 60 °C, afecta las propiedades viscoelásticas del gluten, causando el incremento del módulo de almacenamiento. Este hecho es atribuido a la.

(38) 16. polimerización de las gluteninas (Campbell, 2003, pp. 357 y 364; Therdthai y Zhou, 2003, p. 221).. El segundo cambio es el desarrollo de la masa hasta que su estructura es fijada. Durante esta fase el CO2 generado en el proceso de fermentación, permite la expansión de la masa, que está influenciada por la temperatura. El volumen de la masa se ve afectado ligeramente a temperaturas inferiores a los 55 °C, mientras que al alcanzar los 60 °C, la expansión de la masa disminuye (Therdthai y Zhou, 2003, p. 221).. Entre los cambios químicos que se producen se encuentra la gelatinización del almidón. El gradiente de temperatura no permite que el proceso de gelatinización del almidón se realice en toda la masa al mismo tiempo. Esto ocurre porque en las regiones externas de la masa se alcanza mayor temperatura, provocando que el agua de la superficie de la masa se evapore rápidamente, mientras que en el agua contenida en las regiones cercanas al centro de la masa sucede lo contrario. Como consecuencia de la rápida evaporación del agua en la superficie, se forma la corteza del pan, que impide la expansión de la masa (Primo, van Nieuwenhuijzen, Hamer y van Vliet, 2007, p. 224; Schiraldi y Fessas, 2003, p. 314).. Otro cambio químico que ocurre es la desnaturalización de la proteína, que se produce cuando la miga ha alcanzado una temperatura de 60-70 °C. El gluten desnaturado pierde su capacidad de retener agua, provocando la liberación de agua que es transferida desde el gluten hacia el almidón, para ser empleada durante la gelatinización del almidón (Chang, 2006, p. 277).. La principal transformación bioquímica que sucede en esta etapa de horneado es un breve proceso de fermentación, que finaliza cuando la levadura ha sido inactivada. Esto ocurre una vez que en el proceso se han alcanzado temperaturas superiores a 50 °C (Campbell, 2003, pp. 357 y 364-365; Therdthai y Zhou, 2003, p. 221)..

(39) 17. Los parámetros que afectan al proceso de horneado son la temperatura y el tiempo. La temperatura influye en todos los cambios físicos, químicos y bioquímicos que ocurren durante el horneado del producto. Además una elevada temperatura durante las etapas iniciales del horneado podría producir la formación anticipada de la corteza y la obtención de un color más oscuro en la corteza. El tiempo de horneado extenso puede producir la obtención de un producto menos suave (Therdthai y Zhou, 2003, p. 223).. Durante el proceso de horneado, se produce entonces la transformación de un sistema espumoso con burbujas incorporadas, en un sistema de celdas de gas interconectadas, denominado pan (Campbell, 2003, pp. 357 y 364).. e) Enfriamiento: durante el enfriamiento del pan, se produce la transición vítrea de los componentes amorfos en la miga y corteza del pan. La diferencia en el contenido de agua de la miga y corteza origina distintos estados. La miga debido a su alto contenido de humedad se encuentra en un estado gomoso, mientras que la corteza se localiza en un estado vidrioso como consecuencia de su bajo contenido de agua (Cuq, Abecassis y Guilbert, 2003, p. 764).. 1.2.1.. CARACTERÍSTICAS USADAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD DEL PAN. La evaluación de la calidad del pan se realiza a partir del análisis sensorial de sus características, que pueden ser determinadas a través de los sentidos de la visión, del gusto, del olfato y del tacto (Callejo, 2011, p. 255).. ·. Color de la corteza: durante el proceso de horneado la corteza,. generalmente adquiere una coloración café, que es atribuida a las reacciones de caramelización y de Maillard. Las reacciones de Maillard que se realizan entre los aminoácidos y los azúcares reductores presentes en la harina, dan lugar a la formación de melanoidinas, que son las responsables del color de la corteza. Las.

(40) 18. reacciones de caramelización se producen en ausencia de un aminoácido y a temperaturas superiores a los 120 °C (Purlis, 2010, pp. 240-241).. La tonalidad de la corteza también puede cambiar dependiendo del tipo de harina empleada en la elaboración del pan. Algunos parámetros como la temperatura y el tiempo de horneado y además los componentes de la harina como el almidón dañado ejercen influencia sobre esta propiedad. Generalmente cuando se emplean altas temperaturas de horneado se obtienen panes con la tonalidad de la corteza más oscura. Cuando la harina presenta un nivel alto de almidón dañado se obtiene la liberación de grandes cantidades de azúcar provocando que la corteza adquiera una mayor coloración (Cho y Peterson, 2010, p. 576; Sahi y Little, 2006, pp. 326-327; Vanin, Lucas y Trystram, 2009, p. 336).. Entre los métodos que se emplean en la medición del color de la corteza se encuentran el uso del sentido de la vista y de colorímetros (Callejo, 2011, p. 259; Sahi y Little, 2006, p. 329).. ·. Volumen del pan: se encuentra relacionado con la capacidad de la masa. para la retención de gas. La retención de gas está influenciada por la habilidad que posee el gluten en la retención del CO2 producido en la fermentación de la levadura. Entre los factores que perjudican la retención de gas, están una baja cantidad de proteína, la oxidación insuficiente, entre otros.. Algunos de los métodos usados para la estimación del volumen del pan son el método del desplazamiento de semillas y el uso de un software de análisis de imagen, siendo el primero el más empleado (Cauvain, 2007, p. 12; Sahi y Little, 2006, pp. 324-325).. ·. Estructura de la miga: es una de las principales características que. contribuye con aproximadamente el 20 % de la aceptabilidad del consumidor. La estructura de la miga se la puede caracterizar a través de atributos tales como la cantidad de celdas, el tamaño de las celdas, la uniformidad de la disposición del tamaño de las celdas y la porosidad. Estas propiedades están vinculadas con la.

(41) 19. cantidad de gluten presente en la harina y con el proceso de fermentación (Callejo, 2011, p 256).. En el proceso de mezclado se forma la estructura de las celdas de gas que influyen sobre el tipo de estructura de la miga y por lo tanto en la clase de pan que se desea elaborar. Así, en el pan común se requiere de una estructura cerrada, mientras que en pan baguette se necesita una estructura abierta e irregular. La elevada producción de CO2 en las últimas fases de elaboración de pan, establece la formación de la estructura abierta de la miga. El crecimiento de las burbujas de aire incorporadas durante el mezclado, le proporcionan al pan la estructura aereada que es característica de este alimento (Dobraszczyk y Morgenstern, 2003, p. 236; Sahi y Little, 2006, p. 327).. Actualmente el análisis de imagen es el método empleado en la medición de las características de la estructura de la miga (Sahi y Little, 2006, p. 329).. ·. Textura: es la principal propiedad que influye en la aceptabilidad del. producto. En la textura de la miga se evalúan las propiedades mecánicas de firmeza, suavidad y elasticidad, que están afectadas por la estructura de la miga, la calidad y la proporción del gluten. La firmeza está asociada con la fuerza mínima requerida para conseguir la compresión, mientras que la elasticidad se refiere a la capacidad de recuperación, luego de aplicar una fuerza de compresión con los dedos (Callejo, 2011, pp. 261-262; Cauvain, 2007, p. 14).. La determinación de la textura del pan se realiza utilizando texturómetros y también empleando los sentidos del tacto y del gusto (Callejo, 2011, p. 262; Sahi y Little, 2006, p. 329).. ·. Aroma: alrededor de 540 compuestos son los responsables del olor. característico del pan, pero los principales son los aldehídos, los alcoholes, las cetonas, los ésteres y las pirrolinas. Estos compuestos químicos son producidos a través de las distintas etapas de panificación. En la etapa de mezclado estos compuestos son producidos por acción de las enzimas. La actividad enzimática se.

(42) 20. inicia con la hidratación de la harina y termina en la etapa de horneado cuando las proteínas han sido denaturadas por efecto de la temperatura. La producción de los compuestos continua durante la fermentación de la levadura y el proceso de horneado, en donde se llevan a cabo las reacciones de Maillard y las reacciones de caramelización (Callejo, 2011, pp. 259-260; Cho y Peterson, 2010, p. 576).. En la miga, los compuestos volátiles son producidos durante los procesos de amasado y de fermentación, mientras que en la corteza, las reacciones caramelización y de Maillard son las responsables de la formación de dichos compuestos (Pico, Bernal y Gómez, 2015, pp. 201-202).. La generación de compuestos volátiles durante el proceso de fermentación, depende del tiempo y la temperatura de fermentación. Así, un largo período de fermentación, resulta en la obtención de una cantidad elevada de compuestos volátiles (Pico et al., 2015, p. 206).. En las reacciones de Maillard, la cantidad de compuestos carbonilos producidos y la clase de aroma obtenido, dependen de la clase de azúcar y del tipo de aminoácido empleado, respectivamente. La lisina y la leucina generan un aroma agradable, en tanto que la metionina produce un aroma desagradable. Respecto al tipo de azúcar, la xilosa forma una mayor cantidad de compuestos carbonilos, en comparación con la glucosa y la maltosa (Pico et al., 2015, pp. 208-209).. Algunos factores que pueden influenciar en el aroma del pan, son el tipo de harina empleada, y el uso de enzimas. El uso de otro tipo de harina, por ejemplo, de harina de trigo integral, produce la liberación del ácido ferúlico, inhibiendo la generación del principal compuesto que proporciona el aroma característico de la corteza del pan (2-acetil-1-pirrolina). La adición de enzimas mejora el aroma del pan, debido a que las enzimas proporcionan los precursores para las reacciones térmicas y de fermentación (Pico et al., 2015, p. 212).. ·. Sabor: el análisis sensorial del sabor comprende la identificación de. características como el sabor amargo, la salinidad y la acidez. Los atributos de.

(43) 21. acidez y el sabor amargo están relacionados con los compuestos de alto peso molecular que se producen durante la caramelización del azúcar. En general las reacciones de Maillard y las reacciones de caramelización son las responsables del sabor del pan (Callejo, 2011, p. 263).. 1.2.2.. PROPIEDADES EMPLEADAS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD DEL PAN. 1.2.2.1.. Propiedades reológicas. La reología comprende el estudio del comportamiento del flujo y deformación de los materiales. Los objetivos de la evaluación reológica son la determinación cuantitativa de las propiedades mecánicas y la obtención de información del comportamiento del material durante su procesamiento. Los métodos usados en la medición de las características reológicas de cereales son las propiedades reológicas empíricas y las propiedades reológicas fundamentales (Dobraszczyk y Morgenstern, 2003, pp. 229-230).. a) Propiedades reológicas empíricas. La evaluación de las propiedades reológicas empíricas permite predecir las características de las harinas y el comportamiento de la masa en las distintas fases de elaboración del pan. Para la determinación de dichas propiedades se emplean varios equipos, entre los más utilizados se encuentran: el farinógrafo, el extensógrafo, el amilógrafo y el fermentógrafo. Estos instrumentos se emplean generalmente para evaluar harina de trigo, pues es la más usada en panificación por las características que posee (Hrušková, Švec y Jirsa, 2006, p. 439).. ·. Farinógrafo. Este equipo permite medir las propiedades físicas de la masa durante las fases de mezclado y amasado. El proceso de mezclado permite la homogenización de los.

(44) 22. ingredientes, mientras que durante el amasado ocurre la formación de la red tridimensional del gluten (Dapčević, Pojić, Hadnadev y Torbica, 2011, p. 336; Marsh y Cauvain, 2007, p. 93).. Los parámetros que se obtienen de la interpretación del gráfico de la Figura 1.2 denominado farinograma son: la absorción de agua, el índice de tolerancia, la estabilidad y el tiempo de desarrollo de la masa (Dapčević et al., 2011, p. 337).. Figura 1.2. Parámetros obtenidos de un farinograma (Dapčević et al., 2011, p. 337). Absorción de agua: determina el contenido de agua requerido para obtener el valor de 500 U.B. Este parámetro está influenciado principalmente por la cantidad de proteína y el nivel de almidón dañado. Los gránulos de almidón dañado poseen la capacidad de absorber 4 veces más agua que los gránulos de almidón intactos (Stauffer, 2007, p. 301; Vizitiu y Danciu, 2011, p. 34).. Índice de tolerancia: está relacionado con el grado de ablandamiento de la masa durante la etapa de mezclado. Este valor corresponde a las U.B. que se miden desde que la curva alcanza el pico máximo en 500 U.B. hasta 5 min después de alcanzado el pico (Migliori, de Cindio y Correra, 2009, p. 374).. Estabilidad: indica la resistencia de la masa antes de perder sus propiedades cuando es sometida a un esfuerzo mecánico. Se define como un intervalo entre el tiempo requerido para alcanzar 500 U.B. (tiempo de llegada) y el tiempo en el.

(45) 23. cual se abandona la línea de 500 U.B. (tiempo de partida) (Migliori et al., 2009, p. 374).. Tiempo de desarrollo de la masa: provee información del tiempo apropiado de mezclado, en donde. la masa ha alcanzado. las óptimas propiedades. viscolelásticas requeridas para la retención del gas. Se encuentra influenciado por las características de la proteína y el almidón y además por el diámetro de partícula de la harina. Constituye el tiempo requerido para obtener el punto más alto en la curva del farinograma (Dapčević, Hadnadev y Pojić, 2009, p. 172; Migliori et al., 2009, p. 374; Vizitiu y Danciu, 2011, p. 35).. ·. Extensógrafo. Es un equipo que registra información de la resistencia que presenta la masa a la extensión y su extensibilidad, cuyos parámetros son importantes para la retención del gas producido durante el proceso de fermentación (Anderssen, Bekes, Gras, Nikolov y Wood, 2004, p. 197).. En la Figura 1.3 se muestran los parámetros que se obtienen del esquema denominado extensograma y son: la resistencia a la extensión, la extensibilidad, la energía y la relación resistencia a la extensión-extensibilidad (Dapčević et al., 2011, p. 343; Sahin y Sumnu, 2006, p. 98).. Figura 1.3. Parámetros obtenidos de un extensograma (Dapčević et al., 2011, p. 343).

(46) 24. Resistencia a la extensión: está relacionada con las propiedades elásticas que posee la masa. Se expresa en U.B. y se obtiene de la altura de la curva, la cual es medida desde el origen hasta cuando la masa ha alcanzado 5 cm de longitud (Sahin y Sumnu, 2006, p. 98; Stauffer, 2007, p. 322).. Extensibilidad: este parámetro se encuentra vinculado con las propiedades viscosas de la masa. Se mide en cm y representa la longitud total de la curva, es decir la longitud alcanzada por la masa antes de su ruptura (Sahin y Sumnu, 2006, p. 98; Stauffer, 2007, p. 322).. Energía: es la energía requerida para causar la ruptura de la masa. Se obtiene de la medición del área bajo la curva y es expresada en cm 2 (Dapčević et al., 2011, p. 343).. Relación resistencia a la extensión-extensibilidad: evalúa el equilibrio entre las propiedades elásticas y viscosas de la masa. Es un valor adimensional que resulta del cociente entre el valor de la resistencia que presenta la masa a la extensión y el valor de la extensibilidad (Sahin y Sumnu, 2006, p. 98).. ·. Amilógrafo. Este equipo permite predecir el comportamiento de la masa en la etapa de horneado, en donde se produce la gelatinización del almidón. Los parámetros que se representan en el amilograma de la Figura 1.4 son la temperatura de inicio de la gelatinización, la viscosidad máxima, la viscosidad a 50 °C (Sahin y Sumnu, 2006, p. 100)..

(47) 25. Figura 1.4. Parámetros obtenidos de un amilograma (Dapčević et al., 2011, p. 348). Temperatura de inicio de la gelatinización: provee información de la temperatura a la cual la viscosidad se incrementa. Se expresa en °C e indica la temperatura de inicio del proceso de gelatinización (Pojić, Hadnadev y Dapčević, 2013, p. 301; Sroan y Kaur, 2004, p. 382).. Viscosidad máxima: es el máximo valor de la viscosidad alcanzado cuando se produce un equilibrio entre los gránulos de almidón hinchados y fracturados, antes de la disrupción y lixiviación de la amilosa. Representa la viscosidad expresada en UB cuando se alcanza el primer pico de la curva (Pojić et al., 2013, p. 302; Sroan y Kaur, 2004, p. 382).. Viscosidad medida al final de transcurridos 20 min a 90 °C: es la viscosidad mínima alcanzada en el período en el que se mantiene constante la temperatura (Ngozi, Aminat, Adediran y Ebunoluwa, 2013, p. 17). Viscosidad a 50 °C: es la viscosidad medida cuando se ha alcanzado una temperatura de 50 °C. Se expresa en UB (Sroan y Kaur, 2004, p. 382)..

(48) 26. ·. Fermentógrafo. Con este equipo se mide el volumen de CO2 producido durante el proceso de fermentación (Dapčević et al., 2011, p. 340).. b) Propiedades reológicas fundamentales. La determinación de las propiedades reológicas fundamentales proporciona información del comportamiento de la masa durante su procesamiento y además permite caracterizar un producto alimenticio (Song y Zheng, 2007, p. 132).. El reómetro es el equipo que se emplea en la determinación de las propiedades reológicas fundamentales. La Figura 1.5 muestra las distintas geometrías que emplea este equipo. El uso de las diferentes configuraciones depende del tipo de muestra que se quiere analizar. La geometría de platos paralelos que se usa usualmente cuando se aplican velocidades bajas de cizallamiento, puede emplearse cuando se tienen dispersiones de tamaño de partícula grande y para suspensiones de viscosidad elevada. La geometría de cono-plato se emplea para muestras que exhiben un diámetro de partícula inferior a 20 μm. La configuración de cilindros concéntricos es empleada para muestras líquidas (Miri, 2011, pp. 2325; Rao, 2007, p. 72; Tabilo y Barbosa, 2005, p. 155).. Figura 1.5. Geometrías empleadas en un reómetro (Miri, 2011, p. 24).

(49) 27. Existen varias técnicas empleadas en la medición de las propiedades reológicas fundamentales, clasificadas de acuerdo al tipo de deformación aplicada: compresión, extensión, cizallamiento, torsión, entre otras. Sin embargo, las pruebas más utilizadas en el estudio de la reología de materiales viscoelásticos es la aplicación de pequeñas deformaciones de oscilación de cizallamiento dinámico. Estos ensayos no destructivos consisten en la aplicación de una deformación sobre una muestra, provocando tensiones que son difundidas a través de la muestra. En materiales en donde predomina el componente viscoso el esfuerzo aplicado se disipa, mientras que en materiales elásticos el esfuerzo se transmite (Dobraszczyk y Morgenstern, 2003, pp. 230 y 232; Miri, 2011, p. 18).. En la Figura 1.6 se indica el comportamiento lineal y no lineal de un material cuando se aplica un esfuerzo que causa la deformación del material. Las pruebas reológicas de cizallamiento oscilatorio se realizan generalmente dentro de la región viscoelástica lineal, en donde se tienen deformaciones menores al 1 %. En este régimen las características del material son independientes de la magnitud del esfuerzo, de la magnitud de la deformación de tensión o de la velocidad de la deformación aplicada (Dobraszczyk y Morgenstern, 2003, p. 232; Miri, 2011, p.17).. Figura 1.6. Comportamiento lineal y no lineal de un material expuesto a una deformación (Miri, 2011, p. 17).