Role of starch gelatinization and fragmentation in extruded flour functionality

Zusammenfassung

Los cereales, incluidos el maíz, el arroz y el trigo, constituyen una fuente importante de energía y nutrientes en la dieta humana, ya que son ingredientes ampliamente utilizados (en forma de harina o almidón aislado) en la industria alimentaria. Así, el almidón contribuye con el 50-70% de la energía en la dieta, proporcionando una fuente directa de glucosa. En este sentido, recientemente se está prestando atención a almidones procedente de fuentes más beneficiosas nutricionalmente, como el almidón de plátano, una fuente natural de almidón resistente, que puede tener un efecto fisiológico positivo en la salud humana. Aunque el almidón nativo se utiliza debido a sus capacidades únicas de espesamiento y gelificación, para varias aplicaciones industriales, estas propiedades no cumplen con los requisitos del proceso o del producto. De esta forma, la modificación de la funcionalidad del almidón por tratamientos hidrotérmicos se está volviendo de gran interés, siendo la extrusión una tecnología limpia y rentable para producir la gelatinización y/o fragmentación de almidón. Esta tesis doctoral se centra en el desarrollo de nuevos productos a base de plantas con un mejor valor físico, organoléptico y/o nutricional mediante la utilización de harinas extruidas como ingrediente funcional. En estos productos se evaluó el efecto de aspectos tales como la fuente de almidón, el tamaño de partícula o la severidad del tratamiento de extrusión de las harinas extruidas. La primera parte de este estudio evaluó el potencial de las harinas extruidas como sustitutos de grasa en emulsiones alimenticias. En emulsiones tipo mayonesa, el reemplazo de aceite por harina extruida aumentó gradualmente el número y redujo el tamaño de las gotas de aceite y afectó a las propiedades reológicas (mayor carácter elástico y tixotrópico) de la emulsión de aceite en agua. Sin embargo, se concluyó que estas diferencias podrían minimizarse si se eligiera la relación harina-agua adecuada de la pasta extruida (1:3), obteniendo propiedades reológicas similares a las de la mayonesa con el total de grasa, y con una sinéresis tras la congelación-descongelación mejorada. En cuanto a las masas batidas para bizcochos, la sustitución del aceite por harina extruida dio como resultado un batido menos estructurado y viscoelástico, que, a su vez, condujo a una disminución en el volumen del bizcocho reducid en grasa y a una miga más dura, menos elástica y cohesiva. Sin embargo, estos resultados negativos pueden controlarse parcialmente mediante la acción combinada de harina extruida y un emulsionante. La mayor capacidad de absorción de agua de las harinas extruidas también puede ser útil para optimizar/incrementar la viscosidad en soluciones frías. Con este objetivo, se evaluó el efecto de la sustitución parcial de la harina de trigo nativa por harinas extruidas sometidas a diferentes severidades de extrusión en la calidad de los batidos para rebozados. El reemplazo de la harina extruida dio como resultado cortezas más crujientes y con un mayor índice de recubrimiento a medida que se incrementaba el porcentaje de harina extruida y la severidad de su tratamiento. También se evaluaron los compuestos volátiles presentes en los rebozados, revelando una menor cantidad de compuestos que otorgan rancidez procedentes de la oxidación de lípidos en las cortezas fritas con harina extruida. Además, las mejores valoraciones en cuanto a la aceptabilidad por parte del consumidor se encontraron en los rebozados hechos con harina extrudida en condiciones intermedias, lo que confirma que la inclusión de harina extruida mejora la calidad de los rebozados fritos. Respecto a las aplicaciones instantáneas, se usaron harinas extruidas completamente pregelatinizadas para la fabricación de salsas. Los resultados obtenidos sugieren que los tamaños de partícula más finos de las harinas extruidas no son preferibles para las salsas preparadas en frío debido a su comportamiento reológico más débil y mayor sinéresis. Por el contrario, las harinas de arroz extruido parecían ser más apropiadas para la fabricación de salsas frías, debido a su menor sensibilidad al cizallamiento y liberación de agua después del proceso de congelación-descongelación. En la tercera parte de esta investigación, se comparó el comportamiento frente a la retrogradación del almidón procedente de harinas de maíz, trigo y arroz tanto nativas como extruidas a fin de comprender mejor la eficacia de la extrusión a la hora de disminuir la predisposición del almidón en formar interacciones intermoleculares. Las zonas de unión intermoleculares determinan las propiedades mecánicas de la estructura de red de los geles de almidón y, a su vez, la calidad física y sensorial de los alimentos a base de almidón. En todas las pastas de harina, la extrusión fue efectiva al disminuir el endurecimiento de los geles durante el almacenamiento, aunque dos distintos mecanismos parecen ser el motivo para la estructura de gel más débil, basándose en la composición del almidón y la estructura del cereal. Este estudio proporciona una comprensión importante a nivel molecular para la optimización de la funcionalidad de la harina a través de la extrusión con el fin de reducir los fenómenos de retrogradación, como el envejecimiento de los panes o la sinéresis de las salsas. Finalmente, desde una perspectiva nutricional, se utilizó almidón de plátano extruido como ingrediente funcional en panes sin gluten. El pan blanco (un alimento con alto índice glucémico) sigue siendo la primera opción del consumidor y su miga está formada por almidón altamente susceptible a la digestión enzimática. La velocidad de digestión del almidón completamente gelatinizado presente en el pan se puede ralentizar mediante la manipulación de la estructura molecular del almidón mediante extrusión. Los hallazgos mostraron que el contenido de almidón lentamente digerible (SDS) en la miga gelatinizada que contenía almidón de plátano extruido se quintuplicó, que se atribuyó al aumento de las reasociaciones entre las cadenas A y B1 de la amilopectina de plátano durante el almacenamiento. No se observaron diferencias en cuanto a la valoración global de los panes con plátano extruido y el control, lo que valida la posibilidad de incluir almidón de plátano extruido en los panes. Además, este estudio muestra, por primera vez, que la predisposición de las moléculas de amilopectina para formar SDS estructuralmente motivado se mejora adicionalmente mediante una reducción de su tamaño molecular a través de la extrusión.