Extruded floursapplications and new functionalities

Resumen

Resumen El trigo, el arroz y el maíz, y en concreto su parte almidonosa, son una parte importante de la dieta humana. El almidón puede ser degradado a glucosa, la cual es una fuente de energía importante para el cuerpo humano. Además, el almidón de estas harinas es interesante por su efecto sobre la calidad final de muchos de nuestros alimentos. Sin embargo, la innovación continua en materiales alimenticios y sus nuevos requisitos de calidad están forzando a adaptar aquellas materias primas a las necesidades emergentes en términos de funcionalidad y nutrición. Los tratamientos hidrotérmicos para llevar a cabo estas modificaciones están ganando protagonismo, debido entre otras cosas, a la ausencia de ingredientes químicos o artificiales. Entre estos tratamientos, la extrusión es una de las alternativas más versátiles para lograr modificar el almidón por encima de su temperatura de gelatinización. El primer objetivo de ésta tesis doctoral consistió en el estudio de la influencia de diferentes condiciones de extrusión (temperatura del extrusor, velocidad de alimentación y cantidad de agua añadida) sobre las propiedades fisicoquímicas y digestivas de harinas de cereal con gluten (trigo) y sin gluten (arroz). Un incremento en la intensidad de la extrusión provocó una mayor cantidad de almidón gelatinizado. Éste almidón gelatinizado tuvo una gran capacidad de absorción de agua, incrementando significativamente las propiedades de hidratación de las harinas (llegando incluso a multiplicar por 5 y por 9 la capacidad de absorción de agua y el poder de hinchamiento de las harinas, respectivamente). Ésta capacidad de hidratación conduce a un alto poder espesante en frío, lo cual puede ser muy interesante para algunas aplicaciones alimenticias. Además, se incrementó la susceptibilidad a la hidrólisis enzimática, indicando que estas harinas podrían ser buenas materias primas para la industria almidonera en la producción de glucosa y maltosa. Sin embargo, ésta ata susceptibilidad también afectó negativamente las propiedades de digestión del almidón, disminuyendo la cantidad de almidón resistente (RS) a medida que se incrementaba la intensidad de la extrusión tanto en las harinas extruidas de trigo como de arroz. Las nuevas propiedades fisicoquímicas de las harinas extruidas fueron explotadas para estudiar su efecto en productos intermedios durante el procesado, tales como batidos para posterior rebozado, cuyos parámetros más cruciales son su viscosidad y las propiedades reológicas. La sustitución de harina de trigo nativa por harina de trigo extrusionada incrementó el índice de consistencia y la pseudoplasticidad de los batidos, indicando un importante incremento de la viscosidad aparente de los batidos. Aquellos cambios fueron atribuidos a la disminución del contenido en agua, a consecuencia de la alta capacidad de absorción de agua del almidón gelatinizado, así como al desplegamiento de las proteínas en las harinas extruidas. Los resultados sugirieron que una sustitución del 15% de harina de trigo por harina de trigo sometida a diferentes tratamientos de extrusión dio lugar a batidos con diferentes viscosidades y propiedades viscoelásticas, incrementando así la variedad de batidos para posterior rebozado disponible en el mercado. A pesar de los nuevos perfiles de viscosidad logrados con las harinas extruidas, algunas harinas nativas y extruidas necesitan ser adicionalmente suplementadas con otros ingredientes o aditivos para su uso en ciertos producto con el fin de lograr nuevos perfiles de viscosidad o gelificación. De éste modo, harinas de trigo nativas y extruidas fueron combinadas con agares (Gracilaria and Gelidium) y carragenatos (k-carragenato y i-carragenato), dos de los hidrocoloides marinos más comúnmente usados en la industria alimentaria, para modificar las propiedades de pastas y geles. Las propiedades de viscosidad en ciclos de calentamiento/enfriamiento de las combinaciones con harina nativa mostraron un incremento del pico de viscosidad (Pasting Viscosity) con cualquiera de los hidrocoloides usados, especialmente con agar de Gelidium. No obstante, solamente los agares disminuyeron el inicio del aumento de la viscosidad (Pasting Temperature) e incrementaron la caída de viscosidad en caliente (Breakdown), indicando por lo tanto un mecanismo de acción diferente entre los diferentes hidrocoloides usados. En general, los carragenatos, además de producir pastas más rígidas y estables, dieron lugar a geles más duros y claros en comparación con aquellos hechos con agar, tanto en sus combinaciones con harina nativa o extrusionada. Por su parte, las pastas hechas con combinaciones de harina extrusionada y agar mostraron una mayor tixotropía, la cual podría ser beneficiosa en la fabricación de salsas. También se estudió el efecto de la adición de harina sometida a diferentes condiciones de extrusión sobre la calidad de panes con y sin gluten. En panes de trigo, los resultados sugirieron que es posible obtener unos panes de calidad usando masas con un 5% de harina de trigo extruida. No obstante, la adición de un 5% de ésta harina permite además incrementar la cantidad de agua en la formulación, siendo éste incremento paralelo a la intensidad de la extrusión de esas harinas. De éste modo, se incrementó el rendimiento productivo de los panes fabricados. En panes sin gluten, la sustitución de un 10% de harina de arroz por harina de arroz extruida también incrementó el rendimiento productivo. Sin embargo, en éste caso su incorporación también redujo el volumen específico de los panes y aumentó su dureza. No obstante, estos efectos negativos fueron minimizados usando una harina de arroz extruida de tamaño de partícula grueso (132-200µm), lo que también redujo el endurecimiento del pan a lo largo del tiempo. Estos efectos sobre panes sin gluten de arroz también fueron avalados por un segundo estudio sobre el endurecimiento de estos panes. En este caso la adición de lipasa o de harina extrusionada incrementó el volumen del pan y redujo tanto la dureza inicial como el endurecimiento de los panes. Con el objetivo de explotar la alta susceptibilidad de las harinas extruidas a la catálisis enzimática, se estudió la influencia de una amilolisis con las enzimas ¿-amilasa y glucoamilasa sobre harinas de trigo nativas y extruidas. La amilolisis efectuada sobre las harinas de trigo extruidas dio lugar a unos incrementos de un 300 y un 500% del contenido en glucosa y maltosa, respectivamente, en comparación con la amilolisis realizada sobre las harinas de trigo nativas. Así, los resultados sugirieron que las harinas extruidas son buenos sustratos para la flora utilizada en los procesos fermentativos así como los principales reactantes que participan en las reacciones de Maillard y las reacciones térmicas de caramelización. Desde un punto de vista nutricional, la alta susceptibilidad a la hidrólisis enzimática también implica una alta susceptibilidad a la ¿-amilasa liberada por el páncreas durante la digestión, aumentando así la liberación de glucosa en sangre y pudiendo dar lugar a complicaciones como diabetes tipo II, obesidad o enfermedad cardiovascular en personas sensibles. De éste modo, se estudió el efecto combinado de las enzimas branching enzyme (B) y ¿-amilasa maltogénica (MA) con el fin de atenuar las propiedades digestivas del almidón de las harinas de maíz extruidas. El tratamiento enzimático en sí mismo afectó a la formación de estructuras supramoleculares resistentes, incrementando: 1) las cadenas largas de amilosa susceptibles de retrogradar; 2) el nivel de ordenamiento molecular de pequeño orden, típico de un ordenamiento conformacional de las cadenas laterales de amilosa o amilopectina; 3) y los complejos amilo-lipídicos. Estas nuevas estructuras están asociadas con el RS, siendo el almidón que pasaría íntegro al intestino grueso. Además, la combinación simultánea de B y MA sobre las harinas extruidas incrementó el número de ramificaciones y la relación cadenas cortas/cadenas largas en la amilopectina. Ésta nueva configuración en la amilopectina está asociada con el almidón lentamente digerible (SDS), liberando glucosa a la sangre de una manera lenta y prolongada. Finalmente, cabe destacar que el tratamiento combinado de B y MA en las harinas extruidas incrementó la cantidad de panosa e isomaltotriosa, oligosacáridos catalogados como prebióticos.