EFECTO DE LA TEMPERATURA Y HUMEDAD DE EXTRUSION SOBRE LA CALIDAD DE FIDEOS DE MAIZ-QUINOA

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1 EFECTO DE LA TEMPERATURA Y HUMEDAD DE EXTRUSION SOBRE LA CALIDAD DE FIDEOS DE MAIZ-QUINOA Alejandra Gimenez 1 Cátedra de Bioquímica de los alimentos. Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Jujuy-Argentina. Martiarena esq. Italia San Salvador de Jujuy 4600 malejandragimenez@gmail.com De Greef Dardo Mario 1, Drago Silvina 2, Chañi, Silvia 3, Samman, Norma 4, Lobo, Manuel 5 Resumen Los enfermos celíacos son intolerantes al gluten y requieren alimentos libres de ese componente. El objetivo fue estudiar fideos elaborados con harina de maíz mejorada nutricionalmente con quínoa. Para lograr cohesividad se pregelatinizó el almidón mediante el proceso de extrusión-cocción. Se trabajo con una mezcla de harina maíz-quínoa 80:20. Se evaluó la influencia de la temperatura de extrusión (80, 90 y100ºc) y la humedad de alimentación (28, 31, 34%) sobre las características fisicoquímicas, sensoriales y el consumo de energía. Se utilizó un extrusor Brabender 10 DN con tornillo de geometría simple y relación de compresión 3:1 a una velocidad de 60 rpm. El proceso permite elaborar fideos con características sensoriales adecuadas, buena resistencia a la sobrecocción y bajas pérdidas de sólidos. Las mejores condiciones corresponden al menor nivel de humedad (28%) y mejoran a medida que aumenta la temperatura, así como el consumo de energía se reduce en un 50%. Palabras claves extrusión-cocción, fideos libres de gluten. Summary Celiac disease patients are intolerant to gluten and require foods free of that component. The objective was to study noodles of corn flour nutritionally enhanced with quinoa. To achieve cohesiveness, starch was pregelatinized by extrusion-cooking process. It was worked with a mixture of corn - quinoa flour 80:20. The influence of extrusion temperature (80, 90 and 100 º C) and feed moisture (28, 31, 34 %) on the physicochemical, sensory and energy consumption was evaluated. It was used an extruder Brabender 10 DN single screw geometry and compression ratio 3:1 at a speed of 60 rpm. The process can 1 Mario De Greef, Instituto en Tecnología Alimentaria (ITA), Facultad de Química. Universidad Nacional del Litoral. ddefreed@fiqus.unl.edu.ar 2 Silvina Drago, Instituto en Tecnología Alimentaria (ITA), Facultad de Química. Universidad Nacional del Litoral. sdrago@fiqus.unl.edu.ar 3 Silvia Chañi. Cátedra de Bioquímica de los Alimentos. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Jujuy. silviachani@arnet.com.ar 4 Norma Samman, Cátedra de Bioquímica de los Alimentos. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Jujuy. nsamman@fi.unju.edu.ar 5 Manuel Lobo. Cátedra de Bioquimica de los Alimentos. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Jujuy. mlobo@fi.unju.edu.ar 1

2 produce noodles with appropriate sensory characteristics, good resistance to overcooking and low loss of solids. The best conditions correspond to the lowest level of humidity (28%) and improve with increasing temperature and the energy consumption is reduced by 50%. Index Terms extrusion-cooking, gluten-free noodles. INTRODUCCIÓN La extrusión cocción es considera por la industria alimentaria una de las técnicas mas versátiles y eficientes empleadas en el proceso de elaboración de alimentos [1]. Esta técnica es definida como un proceso por el cual materiales amiláceos o proteináceos humedecidos o no son transformados en una masa plástica y cocidos a través de una combinación de presión, calor y esfuerzos mecánicos [2]. La elección y el control de las condiciones de extrusión como temperatura, velocidad de rotación del tornillo, nivel de compresión de tornillo y humedad del material, es esencial ya que de acuerdo a estas condiciones se producirán transformaciones mas o menos profundas en el material, permitiendo la obtención de diversos productos [3]. Los fideos en base a trigo son un producto de consumo masivo donde el gluten es el principal responsable de la calidad que presenten durante su cocción [4]. Los enfermos celiacos son intolerantes al gluten por lo tanto requieren alimentos libres de este componente alimentario. La elaboración de fideos sin gluten y sin el agregado de aditivos que actúen de sustitutos de este componente requiere un determinado grado de gelatinización del almidón para lograr cohesividad y los métodos tradicionales con los cuales se producen son muy largos y laboriosos por lo que la extrusión cocción representa una alternativa adecuada para su producción. La mayoría de los productos extrudidos que se encuentran en el mercado usan el maíz como el principal ingrediente debido a su bajo costo, abundancia y alta capacidad de expansión además es considerado apto para celíacos, sin embargo tiene un bajo contenido y calidad proteica y de fibra dietaria [5]. La quínoa es un cultivo americano autóctono revalorizado por su elevado potencial alimentario. Según la Organización mundial de la Salud, y FAO su proteína es ideal para la dieta humana debido a su balance de aminoácidos y a su alto contenido de lisina y treonina, 2

3 representa una adecuada materia prima no convencional que permite mejorar el valor nutritivo de los cereales en base a la complementación aminoacidica Contienen altas cantidades de calcio, hierro, vitaminas y fibra dietaria. [6]-[7]. En este trabajo se estudio el efecto de la temperatura y humedad de extrusión sola las características fisicoquímicas y sensoriales de fideos de maíz tipo spaghetti mejorados nutricionalmente con quinoa (Chenopodium quinoa). MATERIALES Y METODOS Materias primas Se utilizó sémola de maíz comercial provista por molinos Puerto Reconquista, Provincia de Santa Fe. La granulometría de dicha sémola fue reducida en las instalaciones de Instituto de Tecnología de Alimentos de la Facultad de Ingeniería Química (ITA-FIQ-UNL), se utilizo un molino de rolos estriados Buhler-Miag (Alemania) y la clasificación se realizó en un Plansifter Buhler-Miag (Alemania) con mallas de 1114, 492 y 191 µm y se utilizo la fracción de sémola fina con granulometría entre 191y 492 µm. Los granos de quinoa fueron provistos por la Cooperativas CAUQueVa y PROSOL de la Quebrada de Humahuaca y molidos en molino a martillo fijo (Retschj, Alemania) con malla de 0,75 mm. Se utilizo la fracción de sémola fina correspondiente a un tamaño de partícula menor a 595 µ. Preparación de la mezclas En ensayos previos tendientes a obtener las mejores condiciones operativas y combinación nutricional de las materias primas, por cálculo de escor químico, se determinó como el nivel de reemplazo adecuado para la mezcla maiz/quinoa correspondía a 80:20. Se determino la humedad de las harinas para establecer la cantidad de agua a adicionar para ajustar su contenido a los niveles de humedad requeridos por el diseño. La mezcla de harina perfectamente homogenizadas fue hidratadas con agua destilada a temperatura ambiente y premezcladas durante 2 min en un mezclador planetario Brabender P-600 con una velocidad de rotación de 60 rpm. Las cantidades de harinas mezclas y agua fueron las correspondientes para obtener un peso final de 300 g de masa para cada tratamiento. 3

4 Extrusión y diseño experimental Las mezclas perfectamente hidratadas fueron extrudidas en un extrusor monotornillo Brabender 10 DN (Alemania). Este fue equipado con tornillo de geometría simple y relación de compresión 3:1. Su velocidad se fijó en 60 rpm, y en el extremo de salida se colocó una boquilla de bronce con tres orificios de 1,5 mm de diámetro. La alimentación al extrusor se realizó de manera de llenar totalmente los canales del tornillo en la sección de alimentación ( full-capacity ). Para la evaluación del proceso de extrusión se adopto un diseño experimental factorial de dos factores y tres niveles (3 2 ) con tres puntos centrales. Los factores y niveles evaluados fueron: Temperatura (80, 90 y 100 C) y contenido de humedad (28, 31 y 34 %). Fueron evaluadas como respuesta: perdida de sólidos totales (PS %), puntaje sensorial y consumo especifico de energía mecánica (CEEM). Una vez extrudidas las muestras se cortaron en trozos de aproximadamente 50 cm de largo, las cuales fueron colocadas sobre soportes e introducidos en la estufa de secado con temperatura y humedad controlada. Se fijó la temperatura de cámara a 40 ºC y 40 % de humedad relativa. Se utilizó un secado lento para evitar la generación de tensiones internas en el fideo que podrían llevar a la aparición de fisuras. El tiempo de secado fue 16 h. Consumo especifico de energía mecánica El consumo especifico de energía mecánica (CEEM) (J/g) fue calculado en base al promedio de tres lecturas de torque para cada corrida y al caudal másico de acuerdo a la siguiente ecuación [8]-[9]. CEEM KTN Qs Donde K: constante =61, J g -1 ; T: Torque en Unidades Brabender (UB); N: rpm del tornillo extrusor (min -1 ) y Q S : Caudal másico (g/min). Evaluación de las características de cocción En los fideos se evaluaron tanto el tiempo de cocción como la perdida de sólidos. El tiempo de cocción (t c ) se definió como el tiempo requerido para la desaparición del centro no cocido Se colocó 10g de espagueti en 230 ml de agua en ebullición y se evaluaron las 4

5 C EE M (J g -1 ) Chapter: IPPIA muestras cada 30 seg. Las pérdidas de solidos totales (% PS) fue determinado en el agua de cocción por evaporación en estufa a 105 C por 24 h y reportado como un porcentaje del peso inicial para el tiempo de cocción y para un tiempo de sobrecocción de 10 min (t c +10). Análisis sensorial Para evaluar la textura de los fideos cocidos, se estableció una escala de 0 a 5 no estructurada tanto para la firmeza como para la pegajosidad. Los extremos de la escala fueron establecidos utilizando las mismas muestras, otorgando un valor de 0 para la más firme y 5 para la más blanda a su tiempo óptimo de cocción más diez minutos, así también, 0 para la no pegajosa y 5 para la muy pegajosa. Un puntaje total (firmeza + pegajosidad) menor o igual a 5 para un tiempo de sobrecocción de 10 min fue considerado aceptable desde el punto de vista de las características texturales del fideo cocido. Las muestras fueron analizadas por un panel entrenado de dos jueces. RESULTADOS Y DISCUSION Energía Mecánica Específica El CEEM es un importante parámetro para los extrudidos basados en almidón, este se veafectado por cambios en la temperatura, composición y contenido de humedad. En la Figura 1 se representa la superficie de respuesta para el consumo de energía mecánica H (%) T ( C ) FIGURA 1 Superficie de respuesta obtenida para el consumo de energía mecánica 5

6 Puntaje (tc+10) Chapter: IPPIA Se puede observar que los valores de CEEM tienden a disminuir con el aumento de la temperatura y el aumento del contenido de humedad, los menores valores de CEEM son observado con los mayores niveles para ambos factores (100 C y 34 % de humedad) Las altas temperaturas facilita la transformación del flujo solido a flujo viscoso, y el mayor contenido de humedad actúa produciendo un efecto lubricante resultando en un menor uso de energía durante la extrusión [5] La gelatinización esta influenciada positivamente por la CEEM durante la extrusión, a mayor CEEM mayor grado de gelatinización ya que la energía mecánica favorece la gelatinización debido a que promueve la ruptura de enlaces puente hidrogeno intermoleculares. Características de cocción Los tiempos de cocción variaron entre 8 y 11 minutos observando que cuanto mayor es el tiempo de cocción las características texturales.son mejores correspondiendo los mayores tiempos de cocción para las muestras extrudidas a 28 % de humedad a las tres temperaturas y para las muestras extrudidas a 100 C a los tres niveles de humedad. En la Figura 2 se presenta la relación que existe entre las perdida de sólidos totales para un tiempo de sobrecocción de 10 min (t c +10) y el puntaje sensorial que presentaron n los fideos cocidos PS (%) FIGURA 2 Relación entre el puntaje de los fideos cocidos y las pérdidas de sólidos totales (%) para t=tc+10 6

7 Puntaje (tc+10 min) Chapter: IPPIA Se observa que existe una relación directa entre el puntaje y la perdida de sólidos totales, los mejores puntajes texturales (firmeza+pegajosidad) menores a 5, corresponden a las muestras que presentan menores perdida de sólidos totales las cuales corresponden a las obtenidas con el menor contenido de humedad 28%, estas características mejoran a medida que aumenta la temperatura de extrusión. Esta tendencia es claramente observable en la Figura 3 y Figura 4 que representa la superficie de respuesta correspondiente al puntaje sensorial para un y a las perdidas de sólidos totales para un tiempo de sobrecocción t=tc+10 respectivamente T ( C) H (%) FIGURA 3 Superficie de respuesta para el puntaje de los fideos cocidos para t= tc+10 Por lo tanto las condiciones de humedad y temperatura más apropiadas para obtener muestras con características texturales adecuadas y baja perdida de sólidos totales corresponden a la menor humedad (28%) para los tres niveles de temperatura utilizados sin embargo estas características son aun mejores al mayor nivel de temperatura (100 C). Con estas condiciones de extrusión se llega a un determinado grado de cocción donde la cohesividad lograda es adecuada para impedir un hinchamiento excesivo durante la cocción de los fideos y de esta manera presentar menores perdidas de sólidos totales. Sin embargo al aumentar el grado de cocción se debería esperar que estas muestras presenten mayor hidratación y por lo tanto un aumento de sólidos en el agua de cocción. Esta situación podría ser explicada teniendo en cuenta los cambios producidos en el almidón durante el proceso de extrusión que van desde una simple rotura de gránulos con ciertas 7

8 Per dida de Sólidos Chapter: IPPIA modificaciones de su organización estructural hasta una destrucción total de la estructura [2], también se pueden formar nuevas estructuras tales como el complejo amilosa lípido, amilosa retrogradada y amilopectina retrogradada [10]. Estas estructuras podrían ser las responsables de la resistencia a la sobrecocción con baja pérdida de sólidos que presentan los fideos. Superficie de Respuesta estim ada Tem peratura T(ºC) Hum edad H(%) FIGURA 4 Superficie de respuesta para la perdida de sólidos totales para t= tc+10 CONCLUSIONES El proceso de extrusión-cocción permite elaborar fideos con adecuadas características sensoriales (pegajosidad+firmeza), bajas perdidas de sólidos durante la cocción y resistencia a la sobrecocción. Esta resistencia puede ser atribuida a la formación de nuevas estructuras durante la extrusión tales como complejo amilosa-lipido, amilopectina retrogradada y amilosa retrogradada. Las condiciones de extrusión mas adecuada corresponden al menor nivel de humedad (28 %) y mayor nivel de temperatura (100 C). Aunque también son adecuadas las características obtenidas para los tres niveles de temperatura estudiados y menor nivel de humedad existe un mayor consumo de energía mecánica para estas condiciones sin embargo esta se reduce a un 50% cuando la temperatura es de 100 C. 8

9 REFERENCIAS [1] Anton, A. A., Fulcher, R. G., Arntfield S. D. " Physical and nutritional impact of fortification of corn starch-based extruded snacks with common bean (Phaseolus vulgaris L.) flour: Effects of bean addition and extrusion cooking. Food Chemistry Vol,113, 2009, pp [2] Gonzalez R.J., Torres, R.L., De Greef D.M., La extrusion en la industria alimentaria Voletin del ITA. N 7. Universidad Nacional del Litoral [3] Lustosa Borges B. H., Leonel M., Mischan M.M. Effect of operational conditions on physical characteristics of cassava snacks Braz. J. Food Technol., v. 11, 2008, p p [4] Sozer, N., Rheological properties of rice pasta dough supplemented with proteins and gums Food Hydrocolloids. Vol. 23,2009,pp [5] Duarte, G., Carvalho, C.W., Ascheri J.L. Effect of soybean hull, screw speed and temperature on expanded maize extrudates. Braz. J. Food Technol., v. 12, 2009, pp [6] Comai S., Bertazzo A., Bailoni L., Zancato M., Costa C., Allegri G., The content of proteic and nonproteic (free and protein-bound) tryptophan in quinoa and cereal flours Food Chemistry Vol. 100, 2007,pp [7] Ng Su-Chuen, Anderson A, Coker J, Ondrus M. Characterization of lipid oxidation products in quinoa (Chenopodium quinoa). Food Chemistry Vol.101, 2007, pp [8] Gonzalez, R.J., De Greef, D.M., Torres, R.L., Gordo, N.A., Efectos de algunas variables de extrusion sobre la harina de maız. Archivos Latinoamericanos de Nutricion Vol. 37, 1987,pp [9] Gonzales R.J., De Greef D.M., Extrusion Coccion de Cereales. Boletin da Sociedad Brasileira de Ciencia e Tecnologia de Alimentos Vol.36 (2), 2002, pp [10] De Pilli, T, Jouppila K., Ikonen J., Kansikas J., Derossi A., Severini C. Study on formation of starch lipid complexes during extrusion-cooking of almond flour. Journal of Food EngineeringVol. 87, 2008, pp