Disminución del contenido de sacarosa en galletas dulces ...
15
1 Disminución del contenido de sacarosa en galletas dulces mediante la implementación de sustitutos de azúcar. Autor: Lizeth Tatiana Santamaria Mateus. Asesor: Oscar Alberto Álvarez Solano. Resumen: Mediante este estudio se determinaron los efectos de la sustitución total y parcial de sacarosa en la formulación de galletas dulces haciendo uso de dos sustitutos comerciales; Riopaila Senza®, que contenía en su mayoría eritritol como agente voluminizante y Splenda® granulado que contenía dextrosa. Se prepararon galletas en las cuales la sacarosa fue sustituida por los productos anteriormente nombrados en diferentes niveles porcentuales, variando desde el 20% hasta el 100%. Galletas que contenían 100% sacarosa fueron preparadas como control positivo. Las propiedades reológicas de las masas fueron determinadas haciendo uso de un reómetro. Se realizaron mediciones dimensionales del producto acabado después del horneado. La coloración del producto final fue evaluada cualitativamente. Mediante el microscopio se evaluó cualitativamente el cambio de la estructura de las masas preparadas. Las pruebas realizadas mostraron que una sustitución del 50% de contenido de sacarosa por Riopaila Senza®, es factible. La masa preparada demostró comportamientos reológicos y estructuras microscópicas similares. Asimismo, el producto terminado preparado a este nivel de sustitución obtuvo características dimensionales, porosidad y coloraciones similares a los de la formulación control. Palabras clave: Agente voluminizante, propiedades reológicas, dimensionales, estructuras microscópicas. Introducción La sacarosa comúnmente conocida como azúcar de mesa, es en la actualidad el endulzante más utilizado a pesar de ser conocido el hecho de que la ingesta de esta, está relacionada con el desencadenamiento de enfermedades como la obesidad, diabetes entre otras [1]. Esto ha generado un alza en la demanda de productos reducidos en sacarosa, por lo cual se ha despertado el interés en la industria alimenticia, por fabricar productos en los cuales se incluyan endulzantes de bajo contenido calórico. Esto se ve reflejado en el crecimiento del mercado de dichos endulzantes, pues para el año 2015 este estaba valorado en 11,4 billones de dólares y se espera que este siga teniendo un crecimiento significativo, de manera tal que doble su tamaño para el 2025 [2]. En la industria alimenticia, para la fabricación de galletas, la sacarosa es el endulzante predilecto dadas las propiedades que le imprime al producto terminado y a su masa. La sacarosa está relacionada con varias características importantes del producto terminado como lo son: el sabor, el color, las dimensiones finales que tendrá la galleta y su textura [3]. En la masa, la sacarosa está relacionada con la adhesividad, cohesividad y consistencia [3]. Así mismo, altas concentraciones de sacarosa en la masa, están relacionadas con una baja viscosidad de esta, lo que puede interferir con el proceso de producción al hacer más difíciles actividades como lo son el laminado de la masa. Para incursionar en el nuevo mercado de los productos dulces bajos en calorías, se han venido implementando diferentes sustitutos de sacarosa en la formulación de galletas como lo son los polioles, sucralosa, aspartamo, fructosa etc. Sin embargo,
Transcript of Disminución del contenido de sacarosa en galletas dulces ...
1
Disminución del contenido de sacarosa en galletas dulces mediante la implementación de sustitutos de azúcar. Autor: Lizeth Tatiana Santamaria Mateus. Asesor: Oscar Alberto Álvarez Solano.
Resumen: Mediante este estudio se determinaron los efectos de la sustitución total y parcial de
sacarosa en la formulación de galletas dulces haciendo uso de dos sustitutos comerciales; Riopaila
Senza®, que contenía en su mayoría eritritol como agente voluminizante y Splenda® granulado que
contenía dextrosa. Se prepararon galletas en las cuales la sacarosa fue sustituida por los productos
anteriormente nombrados en diferentes niveles porcentuales, variando desde el 20% hasta el 100%.
Galletas que contenían 100% sacarosa fueron preparadas como control positivo. Las propiedades
reológicas de las masas fueron determinadas haciendo uso de un reómetro. Se realizaron
mediciones dimensionales del producto acabado después del horneado. La coloración del producto
final fue evaluada cualitativamente. Mediante el microscopio se evaluó cualitativamente el cambio
de la estructura de las masas preparadas. Las pruebas realizadas mostraron que una sustitución del
50% de contenido de sacarosa por Riopaila Senza®, es factible. La masa preparada demostró
comportamientos reológicos y estructuras microscópicas similares. Asimismo, el producto
terminado preparado a este nivel de sustitución obtuvo características dimensionales, porosidad y
coloraciones similares a los de la formulación control.
Palabras clave: Agente voluminizante, propiedades reológicas, dimensionales, estructuras
microscópicas.
Introducción La sacarosa comúnmente conocida como
azúcar de mesa, es en la actualidad el
endulzante más utilizado a pesar de ser
conocido el hecho de que la ingesta de esta,
está relacionada con el desencadenamiento
de enfermedades como la obesidad, diabetes
entre otras [1]. Esto ha generado un alza en la
demanda de productos reducidos en
sacarosa, por lo cual se ha despertado el
interés en la industria alimenticia, por fabricar
productos en los cuales se incluyan
endulzantes de bajo contenido calórico. Esto
se ve reflejado en el crecimiento del mercado
de dichos endulzantes, pues para el año 2015
este estaba valorado en 11,4 billones de
dólares y se espera que este siga teniendo un
crecimiento significativo, de manera tal que
doble su tamaño para el 2025 [2].
En la industria alimenticia, para la fabricación
de galletas, la sacarosa es el endulzante
predilecto dadas las propiedades que le
imprime al producto terminado y a su masa.
La sacarosa está relacionada con varias
características importantes del producto
terminado como lo son: el sabor, el color, las
dimensiones finales que tendrá la galleta y su
textura [3]. En la masa, la sacarosa está
relacionada con la adhesividad, cohesividad y
consistencia [3]. Así mismo, altas
concentraciones de sacarosa en la masa,
están relacionadas con una baja viscosidad de
esta, lo que puede interferir con el proceso de
producción al hacer más difíciles actividades
como lo son el laminado de la masa.
Para incursionar en el nuevo mercado de los
productos dulces bajos en calorías, se han
venido implementando diferentes sustitutos
de sacarosa en la formulación de galletas
como lo son los polioles, sucralosa,
aspartamo, fructosa etc. Sin embargo,
2
encontrar un endulzante que le imprima las
mismas características que proporciona la
sacarosa a la galleta es bastante complicado,
pues las interacciones de estos sustitutos con
los otros ingredientes en la formulación, las
propiedades que estos imprimen a la masa y
al producto terminado son bastante
diferentes a aquellas obtenidas al usar
sacarosa en la formulación. Esto es debido al
hecho de que estos endulzantes nombrados
no reúnen a cabalidad las propiedades físicas
y químicas de la sacarosa. Puede decirse que
estos endulzantes se dividen principalmente
en edulcorantes y agentes voluminizadores.
Los edulcorantes proporcionan
principalmente el sabor dulce al producto y
los agentes voluminizadores se usan para
reemplazar el volumen del azúcar en las
comidas y así imprimirles a las comidas las
propiedades deseadas.
Para lograr una implementación satisfactoria
de este tipo de endulzantes debe hacerse uso
de edulcorantes y agentes voluminizadores
en conjunto [4]. Por esta razón en este
estudio se implementaron sustitutos que
contenían estos dos tipos de endulzantes,
para así garantizar que fuese factible la
sustitución adecuada de la sacarosa en la
formulación de las galletas. En el presente
trabajo se busca realizar la sustitución total o
parcial de la sacarosa de manera tal que se
obtengan las mismas propiedades físicas
tanto en la masa como el en producto
terminado.
Materiales y métodos
Formulación de la masa La composición de la galleta control fue de
75.5 gramos de harina, 75 gramos de azúcar
granulado, 47 gramos de manteca vegetal, 24
gramos de huevo, 2.6 gramos de polvo para
hornear y 0.4 gramos de sal [5]. La sustitución
de sacarosa se realizó teniendo en cuenta la
equivalencia establecida por el fabricante
entre el azúcar de mesa y los sustitutos
Riopaila Senza® y Splenda®, esto para poder
asegurar que la sensación de dulzura de la
galleta no se viera afectada. Dos gramos de
Riopaila Senza® equivalían a diez gramos de
sacarosa, mientras que la equivalencia en
gramos entre Splenda® granulado y Sacarosa
fue 0.133:1 [5] (equivalencias determinadas
por medio de paneles de degustación). A
continuación se presenta la cantidad de
sacarosa y sustituto adicionado a cada
formulación:
Tabla 1 Formulaciones preparadas. Formulación control (FC), Splenda (S) y Riopaila Senza (RS).
Formulaciones
FC 100% S
100% RS
80% S
80% RS
50% S
50% RS
20% S
20% RS
Harina [g] 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5 75.5
Azucar [g] 75 0 0 15 15 37.5 37.5 60 60
Manteca [g] 47 47 47 47 47 47 47 47 47
Huevo [g] 24 24 24 24 24 24 24 24 24
Polvo para Hornear [g] 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6
Sal [g] 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
Riopaila Senza [g] 0 0 15 0 12 0 7.5 0 3
Splenda [g] 0 10 0 8 0 5 0 2 0
3
Inicialmente, se mezclaron los ingredientes
secos (la harina, la sal y el polvo para
hornear). Al mismo tiempo el endulzante a
utilizar y la manteca vegetal se cremaron
juntos en velocidad baja (100 RPM) por un
minuto, posteriormente en velocidad media
(300 RPM) por 2 minutos con la batidora
industrial Dynasty HL-11007. Posteriormente,
los 24 gramos de huevo previamente batido,
se incorporaron a la mezcla endulzante-
manteca anteriormente realizada. Esta
mezcla se batió un minuto en velocidad
media. Luego la mitad de los ingredientes
secos se agregaron a la mezcla endulzante-
manteca-huevo y esta se batió por un minuto
en velocidad alta (500 RPM) y luego en
velocidad media por un minuto más.
Finalmente se procedió a agregar el resto de
los ingredientes secos y todo se mezcló en
velocidad alta por un minuto [5]. Las
dimensiones de las galletas a hornear fueron
de 50 mm de diámetro y 8 mm de altura. El
tiempo de horneado dependía del tipo de
sustituto usado. La temperatura de horneado
fue de 150°C.
Caracterización reológica Se hizo uso de el reómetro de esfuerzo
controlado TA Instruments ARG2®. Las
pruebas a realizar a la masa fueron aquellas
usadas comúnmente en la industria de
alimentos para caracterizar este tipo de
productos. Inicialmente se realizó un barrido
de amplitud sobre un rango de esfuerzo para
saber en dónde se encontraba la región lineal
viscoelástica para ejecutar las pruebas. A
partir de los valores obtenidos se ejecutaron
las pruebas de Creep recovery, stress
relaxation, barrido de flujo y oscilatoria.
La prueba de Creep recovery se efectuó bajo
un esfuerzo de 79 µN.m por 400 s
posteriormente se retiró el esfuerzo y se usó
un Gap de 1000 µm durante 400 s. La prueba
de stress relaxation se ejecutó con un Gap de
1000µm y durante un tiempo de 400 s, el
tiempo de relajación determinado fue aquel
necesario para que el esfuerzo máximo
observado decayese 37% [6]. El barrido de
flujo fue ejecutado bajo un rango de velocidad
de cizallamiento de 1 a 10 [1/s]. La prueba
oscilatoria se ejecutó en un rango de
frecuencia angular de 0 a 100 rad/s. Todas las
pruebas se ejecutaron a 25°C.
Caracterización física Después del horneado, se tomaron tres
galletas del lote y se midió el diámetro de
cada una. Posteriormente estas se rotaron
90° y se midió de nuevo su diámetro. El
promedio de las dos medidas dividido en tres
fue el diámetro final reportado de las galletas
[4].
La altura de las galletas se determinó al
colocar tres galletas una sobre otra, medir la
altura total, apilarlas nuevamente cambiando
el orden de las galletas en la pila y registrando
nuevamente la altura. La altura promedio fue
el promedio de las dos lecturas dividido en
tres [7].
Porosidad La porosidad de las galletas fue determinada
por medio de métodos de desplazamiento [8].
Las galletas horneadas fueron pesadas
después de haber alcanzado temperatura
ambiente. Posteriormente cada una de ellas
fue sumergida en agua a temperatura
ambiente y pesada nuevamente. La diferencia
entre los pesos indicó la cantidad vacío
existente en la estructura de la galleta
ocupado por el agua.
Microscopia Se hizo uso del microscopio óptico Motic Ba
300, en donde se posicionaron cada una de las
masas preparadas bajo los objetivos de 10x y
100x para observar las diferencias en el
contenido de aire de cada una de las masas.
4
Colorimetría Para evaluar cualitativamente el color del
producto terminado, se procedió a capturar
fotos a 10 centímetros de cada una de las
galletas.
Diseño de experimentos La experimentación a realizar fue una
sustitución porcentual del 20%, 50%, 80% y
100% del contenido de sacarosa en la
formulación descrita anteriormente en la
tabla 1. Se realizó una réplica para cada una
de las preparaciones, lo cual equivale a 16
experimentos. También se preparó una masa
que funcionó como control positivo, con un
contenido de azucares de sacarosa en su
totalidad, aumentando así los experimentos
totales a 18.
Resultados
Las experimentaciones evidenciaron las
diferencias entre las propiedades que
imprime cada uno de los sustitutos, los
comportamientos propios del producto y la
masa preparada con sacarosa. Los resultados
obtenidos se presentan a continuación:
Caracterización reológica Se realizaron pruebas reológicas a todas las
preparaciones. También se realizaron
pruebas reológicas a la masa control en la cual
el contenido de azucares era 100% sacarosa.
Creep Recovery La prueba de creep recovery se realizó para
todas las preparaciones, en donde se
encontraron varias diferencias entre sus
comportamientos. A continuación, se
presentan los resultados obtenidos:
Figura 1 Prueba Creep Recovery para las masas con 100% sustitución de sacarosa.
En esta prueba, mayores valores de 𝐽𝑚𝑎𝑥
(máxima J alcanzada a durante la prueba) se
traducen en mayor facilidad de la masa para
deformarse bajo un esfuerzo dado [9]. En la
figura 1 se puede apreciar que el valor de 𝐽𝑚𝑎𝑥
más alto es el de la masa control, lo que indica
que es la que se deforma más fácilmente. Esto
debido a que la sacarosa actúa como agente
suavizante en la mezcla [3].
Figura 2 Prueba creep recovery para las muestras con 80% de sustitución de sacarosa.
Figura 3 Prueba creep recovery para las muestras con 50% de sustitución de sacarosa.
0
0.00008
0.00016
0.00024
0.00032
0.0004
0 200 400 600 800 1000 1200
Co
mp
lian
ce [1
/Pa]
Tiempo [s]
Creep recovery (sustitución 100%)
Sacarosa
Splenda
Riopaila Senza
Sacarosa2
Series5
Series6
0
0.00008
0.00016
0.00024
0.00032
0.0004
0 200 400 600 800 1000 1200
Co
mp
lian
ce [1
/Pa]
Tiempo [s]
Creep recovery (sustitución 80%)
Sacarosa
Splenda
Riopaila Senza
Sacarosa2
Splenda2
Riopaila senza2
0
0.00008
0.00016
0.00024
0.00032
0.0004
0 200 400 600 800 1000 1200
Co
mp
lian
ce [1
/Pa]
Tiempo [s]
Creep recovery (sustitución 50%)
Sacarosa
Splenda
Riopaila Senza
Sacarosa2
Splenda2
Series6
5
Figura 4 Prueba creep recovery para las muestras con 20% de sustitución de sacarosa.
En las figuras de la 1 a la 4 se aprecia que el
comportamiento que presentan las masas
preparadas con algún tipo de sustituto, es
bastante diferente al que muestra la masa
control, ya que estos muestran un valor de
𝐽𝑚𝑎𝑥 bajo, lo cual quiere decir que estas no se
deformarán con tanta facilidad. Este tipo de
comportamiento puede traer problemas en el
proceso de producción, porque para algunas
etapas de producción es necesario tener una
masa relativamente suave [10].
Stress Relaxation Mediante esta prueba fue posible caracterizar
el comportamiento viscoelástico de las masas
[11]. Se determinaron los parámetros de
esfuerzo máximo inicial reportado (G0(max))
y el tiempo de relajación (Tao) ya que se
relacionan fácilmente con propiedades
importantes de la masa. A continuación, se
reportan los resultados:
Tabla 2 Parámetros G0(max),G(37%) y Tao obtenidos a partir de la prueba de stress relaxation.
G0(max)
[Pa] G(37%)[
Pa] Tao [s]
100% Sacarosa 1221.78 449.62 0.13
100% Splenda 1819.47 669.56 1.84
100% Riopaila Senza 1428.39 525.64 0.58
80% Splenda 1415.64 520.95 0.70
80% Riopaila Senza 1410.59 519.09 1.11
50% Splenda 1032.21 379.85 0.04
50% Riopaila Senza 1067.6 392.87 0.12
20% Splenda 1066.9 392.61 0.09
20% Riopaila Senza 1032.97 380.13 0.10
El tiempo de relajación (Tao) es un parámetro
muy importante a determinar, ya que este
está relacionado con el proceso de flujo de la
masa cuando esta no se encuentra bajo
ningún tipo de deformación [11]. Un valor alto
de tao refleja que la capacidad de la mezcla
para recuperarse tras una deformación es
bajo [11]. Con respecto a los valores
reportados específicamente para este caso en
la tabla 2, se evidencia que las masas
presentan una disminución progresiva del tao
a medida que se va incluyendo más sacarosa
a la formulación, teniendo así las masas con
menor contenido de sacarosa una capacidad
menor para recuperarse tras una
deformación.
Figura 5 Prueba de stress relaxation para las masas con un porcentaje de sustitución del 100%.
0
0.00008
0.00016
0.00024
0.00032
0.0004
0 200 400 600 800 1000 1200
Co
mp
lian
ce [1
/Pa]
Tiempo [s]
Creep recovery (sustitución 20%)
Sacarosa
Splenda
Riopaila Senza
Sacarosa2
Series5
Series6
0
400
800
1200
1600
2000
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000
Esfu
erz
o [
Pa]
Tiempo [s]
Stress relaxation (sustitución 100%)
SacarosaSplendaRiopaila Senza
6
Figura 6 Prueba de stress relaxation para las masas con un porcentaje de sustitución del 80%.
Los resultados obtenidos mediante esta
prueba se ven afectados por la humedad de la
masa [11], entonces es de esperarse que los
tiempos de relajación y el esfuerzo máximo
obtenido presenten un comportamiento
diferente entre las diferentes formulaciones.
Al haber más agua disponible, la masa tiende
a comportarse principalmente como lo hace
la manteca vegetal, por lo cual una
deformación dada resultara en un esfuerzo
respuesta diferente para cada masa.
Asimismo, las masas que tienen mayor
contenido de agua (100% y 80% de
sustitución), tendrán más problemas para
recuperar su estructura inicial después de una
deformación, por esto su comportamiento en
esta prueba es diferente al de la masa control
(ver figuras 5 y 6).
Figura 7 Prueba de stress relaxation para las masas con un porcentaje de sustitución del 50%.
Figura 8 Prueba de stress relaxation para las masas con un porcentaje de sustitución del 20%.
Al aumentar el porcentaje de sustitución se
disminuye la cantidad de humedad en la
mezcla y por esto el comportamiento de las
masas se va adecuando a aquel presentado
por la masa control (ver figuras 7 y 8).
Prueba Oscilatoria Mediante la prueba oscilatoria se pueden
caracterizar los módulos elástico y viscoso del
material, para así identificar qué tipo de
comportamiento predomina en la muestra al
someterlo a un rango dado de frecuencias, y
así predecir el comportamiento del material
en diferentes momentos de un proceso [6].
Inicialmente es importante destacar que la
sacarosa tiene un gran efecto en el
comportamiento de los módulos de la masa.
La adición de esta sustancia incrementa el
comportamiento fluido de la mezcla,
modificando las propiedades de la fase no
grasa al competir por el solvente disponible
[9]. A continuación, se presentan los
resultados obtenidos para los diferentes tipos
de masa estudiados:
0
400
800
1200
1600
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000
Esfu
erz
o [
Pa]
Tiempo [s]
Stress relaxation (sustitución 80%)
SacarosaSplendaRiopaila Senza
0
400
800
1200
1600
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000
Esfu
erz
o [
Pa]
Tiempo [s]
Stress relaxation (sustitución 50%)
SacarosaSplendaRiopaila Senza
0
400
800
1200
1600
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000
Esfu
erz
o [
Pa]
Tiempo [s]
Stress relaxation (sustitución 20%)
Sacarosa
Splenda
Riopaila Senza
7
Figura 9 Prueba oscilatoria (100% de sustitución) para la masa con Splenda (E1), Riopaila Senza® (E2) y Sacarosa (E3).
Esta prueba muestra que para una sustitución
del 100% de sacarosa (Figura 9), aquella masa
que presenta un comportamiento más
cercano al necesario es la que contiene
Splenda®. El modulo elástico de estas dos
masas, bajo el rango de frecuencias evaluado,
siempre es dominante y de magnitud similar,
lo que quiere decir que las masas disiparan la
energía de manera similar, principalmente
como lo hace un material elástico.
La masa que contiene Riopaila Senza®
presenta valores más altos para ambos
módulos difiriendo un poco del
comportamiento requerido. Este
comportamiento se pudo deber al hecho de
que el eritritol no es higroscópico y por lo
tanto al no competir por el agua presente en
la formulación, permitía en mayor magnitud
la formación de la red de gluten,
modificándose así las características
reológicas [12].
Figura 10 Prueba oscilatoria (80% de sustitución) para la masa con Splenda (E1), Riopaila Senza® (E2) y Sacarosa (E3).
Para una sustitución del 80% (Figura 10) los
módulos elástico y viscoso de la formulación
que contiene Splenda® se comportan de
manera bastante parecida a los de la masa
control (100% sacarosa). El hecho de que la
sacarosa se incorpore en la formulación, hace
que las propiedades reológicas de la masa se
vayan acercando a las requeridas. Sin
embargo, la masa que contenía Riopaila Senza
presenta aún un comportamiento bastante
alejado al esperado dada la escasez de
cantidad volumétrica de azúcares en la
mezcla.
Figura 11 Prueba oscilatoria (50% de sustitución) para la masa con Splenda (E1), Riopaila Senza® (E2) y Sacarosa (E3).
Para una sustitución del 50% de contenido de
sacarosa, se evidencia en la figura 11 que el
comportamiento de los módulos de las tres
masas se asimila bastante, ya que, al haber
10000
100000
1000000
1 10 100
Mo
du
lo e
last
ico
(G
') y
vis
coso
(G
'') [
Pa]
Frecuencia angular [rad/s]
Prueba Oscilatoria (sustitución 100%)
G' Sacarosa G'' Sacarosa G' Riopaila SenzaG'' Riopaila Senza G' Splenda G'' Splenda 10000
100000
1 10 100
Mo
du
lo e
last
ico
(G
') y
vis
coso
(G
'') [
Pa]
Frecuencia angular [rad/s]
Prueba Oscilatoria (sustitución 80%)
G' Sacarosa G'' Sacarosa G' Splenda
G'' Splenda G' Riopaila Senza G'' Riopaila Senza
10000
100000
1 10 100
Mo
du
lo e
last
ico
(G
') y
vis
coso
(G
'') [
Pa]
Frecuencia angular [rad/s]
Prueba Oscilatoria (sustitución 50%)
G' Sacarosa G'' Sacarosa G' SplendaG'' Splenda G' Riopaila Senza G'' Riopaila Senza
8
cada vez menos agua disponible en el sistema,
la red de gluten que se desarrolla es menor.
Asimismo, la inclusión de sacarosa juega un
papel muy importante en el comportamiento
observado, ya que esta imprime
características únicas a la masa, pues esta se
diluye en un 50% durante el mezclado [10].
No obstante, en este caso, la cantidad de
sacarosa diluida en la masa puede llegar a ser
mayor, por lo cual aún se siguen presentando
variaciones en el comportamiento de los
módulos.
Figura 12 Prueba oscilatoria (20% de sustitución) para la masa con Splenda (E1), Riopaila Senza® (E2) y Sacarosa (E3).
En la figura 12 se reporta el comportamiento
de las masas para una sustitución del 20% de
sacarosa. Los módulos se encuentran ahora
por debajo de los esperados, ya que el hecho
de que el tiempo de mezclado sea el mismo
que el de la masa control, pero se tenga una
menor cantidad de sacarosa en la mezcla,
hace que se llegue a disolver una mayor
cantidad de sacarosa, lo que hace que el
comportamiento de los módulos se vea
afectado.
El comportamiento propio de los módulos de
la mezcla control se debe al hecho de que el
agua disponible en el sistema se agota
dejando espacio para que mayor cantidad de
cristales de sacarosa se queden sin disolver en
la mezcla [10], por lo que se da paso a el
comportamiento de módulos observado.
Barrido de flujo Mediante un barrido de flujo fue posible
caracterizar el comportamiento de la
viscosidad de las muestras bajo un rango de
velocidades de cizalla. Determinar la
viscosidad de las masas es importante ya que
el esparcimiento de las galletas tiene una gran
dependencia con esta propiedad [3]. Cabe
resaltar que la viscosidad es totalmente
dependiente de la proporción de ingredientes
agregados a la mezcla [3]. Por esta razón se
presenta una variación en la viscosidad de las
diferentes formulaciones manejadas, ya que
la interacción de los ingredientes de la mezcla
va a ser diferente. A continuación, se
presentan los resultados obtenidos:
Figura 13 Barrido de flujo para masa con 100% de sustitución de sacarosa.
En la figura 13 se modela el comportamiento
de la viscosidad de las muestras con
sustitución de sacarosa del 100%, este
comportamiento observado es típico de este
tipo de masas, pues presentan un
comportamiento pseudoplástico, debido a su
alto contenido de grasa [10].
10000
100000
1 10 100
Mo
du
lo e
last
ico
(G
') y
vis
coso
(G
'') [
Pa]
Frecuencia angular [rad/s]
Prueba Oscilatoria (sustitución 20%)
G' Sacarosa G'' Sacarosa G' Riopaila Senza
G'' Riopaila Senza G' Splenda G'' Splenda
1
10
100
1000
10000
1 10
Vis
cosi
dad
[P
a.s]
Tasa de cizallamiento [1/s]
Barrido de flujo (sustitución 100%)
SacarosaRiopaila SenzaSplenda
9
Figura 14 Barrido de flujo para masa con 80% de sustitución de sacarosa.
Para un porcentaje de sustitución del 80%
(figura 14), se evidencia que el
comportamiento de la viscosidad se va
haciendo mucho más adecuado, a pesar de
esto, aún se reporta una desviación
importante con respecto al comportamiento
requerido. Posiblemente por la interacción de
los diferentes componentes en la formulación
y la formación de redes de gluten [10].
Figura 15 Barrido de flujo para masa con 50% de sustitución de sacarosa.
En la figura 15, se puede ver que las dos masas
se ajustan de manera adecuada al
comportamiento de la masa control dado. En
esta formulación se logra un equilibrio
adecuado entre la cantidad de ingredientes
agregados, lo cual equilibra las condiciones y
hace que la viscosidad de las muestras cada
vez más cercana a la necesaria.
Figura 16 Barrido de flujo para masa con 20% de sustitución de sacarosa.
El aumento en la viscosidad de estas mezclas
(Figura 16) se puede deber las interacciones
moleculares del sustituto y la sacarosa.
Caracterización física Se realizó una caracterización física después
del horneado para tres galletas de cada lote.
Se midió su diámetro y altura, y se calculó el
coeficiente de esparcimiento como
corresponde en la siguiente formula:
𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑐𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜(𝑒) =𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 (1) [7]
A continuación, se presentan los resultados
obtenidos:
Tabla 3 Resultados de caracterización física.
D H e
100% Azucar 79.85 9.34 8.55
100% Splenda 54.31 11.58 4.69
100% Riopaila 54.12 13.64 3.97
80% Splenda 60.87 11.47 5.31
80% Riopaila 58.63 11.86 4.94
50% Splenda 67.5 9.21 7.33
50% Riopaila 70.9 8.85 8.01
20% Splenda 73.1 9.27 7.89
20% Riopaila 73.67 9.64 7.65
Dados estos resultados, se puede hacer
inicialmente la observación de que para las
1
10
100
1000
10000
1 10
Vis
cosi
dad
[P
a.s]
Tasa de cizallamiento [1/s]
Barrido de flujo (sustitución 80%)
Sacarosa
Riopaila Senza
Splenda
1
10
100
1000
10000
1 10
Vis
cosi
dad
[P
a.s]
Tasa de cizallamiento [1/s]
Barrido de flujo (sustitución 50%)
Sacarosa
Riopaila Senza
Splenda
1
10
100
1000
10000
1 10
Vis
cosi
dad
[P
a.s]
Tasa de cizallamiento [1/s]
Barrido de flujo (sustitución 20%)
SacarosaRiopaila SenzaSplenda
10
formulaciones en las que se realiza un 100% y
80% de sustitución, el volumen de sustituto y
sacarosa agregada es bastante bajo por lo
cual las dimensiones del producto final, se ven
afectadas entre otras por este hecho.
Para la sustitución del 100% y 80% con el
endulzante Riopaila Senza®, restringe el
esparcimiento, esto atribuido al hecho de que
el eritritol no es tan soluble e higroscópico
como lo es la sacarosa [1], por lo cual el
producto horneado se llega a secar más
rápido [13] de manera tal que no tiene el
tiempo suficiente para que el esparcimiento
de la masa sea igual al de aquella que
contiene sacarosa.
Las dimensiones obtenidas para las galletas
que contenían 100% y 80% Splenda tampoco
fueron optimas, esto debido a que el
producto no compite en igual magnitud por el
agua como la sacarosa, por lo cual se
desarrolla en mayor magnitud la red de
gluten, la cual se genera un incremento
notable en la altura del producto terminado
[5].
Para las sustituciones del 50% y 20% las
dimensiones obtenidas fueron más cercanas a
las óptimas, ya que el volumen de sustituto y
sacarosa agregado a la mezcla fue mayor, por
lo cual durante el mezclado no se disuelven
todas las partículas de dichos endulzantes, lo
que permite que estos se derritan durante el
horneado haciendo que el diámetro se
incremente y las dimensiones sean las
adecuadas [7].
Para determinar si el tipo de sustituto
empleado generaba cambios significativos en
las dimensiones del producto terminado, se
procedió a realizar un análisis estadístico
teniendo en cuenta el coeficiente de
esparcimiento calculado. Se realizó un
estudio ANOVA one way, para el que se tomó
una significancia del 5%. Las hipótesis de la
prueba se presentan a continuación:
𝐻0: 𝐿𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠.
𝐻𝑎: 𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑠 𝑢𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠
𝑒𝑠 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒.
Mediante el estudio realizado en el software
Minitab® se obtuvo que el p-value era de 0,
por lo cual inmediatamente se rechazó la
hipótesis nula y se pudo concluir que al menos
una de las medias era diferente.
Posteriormente se procedió a realizar la
prueba de Dunett con un 5% de significancia,
con esta prueba se pueden realizar múltiples
comparaciones teniendo como control uno
de los niveles. Para esta prueba se estableció
que el nivel control era el de 100% Sacarosa.
Figura 17 Prueba de Dunett para el coeficiente de esparcimiento determinado.
Dado que solo 3 medias contienen cero en su
intervalo, significa que las otras son
significativamente diferentes de la media de
la masa control (100% Sacarosa). Con
respecto a estos resultados se puede concluir
que el coeficiente de esparcimiento para las
formulaciones de 20% Riopaila Senza, 20%
Splenda y 50% Riopaila Senza no es
significativamente diferente de aquel
obtenido para la formulación de 100%
Sacarosa.
11
Porosidad La porosidad de cada lote de galletas
horneadas fue determinada. A continuación,
se muestran los resultados obtenidos:
Tabla 4 Porosidad de la galleta horneada.
ire Porosidad [%]
100% Azucar 27.81
100% Splenda 23.70
100% Riopaila 4.30
80% Splenda 26.11
80% Riopaila 24.50
50% Splenda 32.63
50% Riopaila 28.61
20% Splenda 30.58
20% Riopaila 36.20
Se realizó nuevamente una prueba ANOVA
one way, para estimar si la porosidad entre
las preparaciones era significativamente
diferente. Se usó una significancia del 5% y se
establecieron las siguientes hipótesis:
𝐻0: 𝐿𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠.
𝐻𝑎: 𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑠 𝑢𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠
𝑒𝑠 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒.
El p-value obtenido fue de cero, por lo cual se
rechaza la hipótesis nula y se prueba que por
lo menos una de las medias de la porosidad es
diferente. La prueba de Dunett fue realizada
para determinar si las medias de porosidad
son diferentes a aquella del nivel control
(100% Sacarosa).
Figura 18 Prueba de Dunett para las porosidades calculadas.
La mayoría de formulaciones no tienen
diferencia significativa entre sus medias con
respecto al nivel control. Sin embargo, de esta
prueba se puede concluir que las
formulaciones de 100% Riopaila, 100%
Splenda y 20% Splenda imprimen una
porosidad diferente a la óptima al producto
terminado.
La porosidad es una propiedad física que
caracteriza la textura de los productos de bajo
contenido de humedad [14]. Está relacionada
directamente con el contenido de aire de la
masa, el cual se imprime mediante medios
mecánicos y mediante agentes de
fermentación, como el polvo para hornear,
encargado de liberar 𝐶𝑂2 durante el
horneado [15].
Para este caso en especial la variación
especifica en la porosidad de estas
preparaciones puede atribuirse al contenido
de aire en la masa, ya que este puede variar
por el tipo de sustituto de azúcar usado. La
sacarosa juega un papel clave en el proceso
de incluir aire a la masa [3], ya que, gracias a
las características únicas de su grano, es
aquella encargada de cortar la grasa presente
en la formulación, para así generar
minúsculas burbujas de aire dentro de la
estructura de la masa de la galleta [16]
12
Es importante tener un control adecuado
sobre la porosidad del producto ya que esta a
su vez está relacionada con la tasa en la que
la humedad migra a lo largo del producto [15],
relacionándose así con el volumen y
dimensiones finales del producto. Las
estructuras poco aireadas (por ende de baja
porosidad), harán que la tasa de difusión de
humedad sea baja [15] y por ende el producto
no tenga cambios significativos en su aspecto
físico después del horneado. Dicho caso se
presentó para las preparaciones que tenían
una sustitución del 100% sus azúcares por
Splenda® y Riopaila Senza®.
Sin embargo estas mediciones están sesgadas
dado el hecho de que este tipo de mediciones
es preferible ejecutarlas con líquidos que no
tengan la capacidad de mojar la muestra, para
obtener datos que reflejen netamente el
líquido retenido en los poros del producto, y
no retenido por otros tipos de interacción
[14].
Microscopia A través el microscopio óptico se pudieron
apreciar las diferencias de aire contenido en
cada una de las masas. Los resultados se
presentan a continuación:
Figura 19 Burbujas de aire contenido para masas con sustitución del 100% de sacarosa.
Figura 20 Burbujas de aire contenido para masas con sustitución del 100% de sacarosa.
Figura 21 Burbujas de aire contenido para masas con sustitución del 50% de sacarosa.
Figura 22 Burbujas de aire contenido para masas con sustitución del 20% de sacarosa.
El tamaño de partícula del grano del azúcar
presente en la mezcla, el volumen de azúcar
agregada y el tiempo de mezclado tienen un
efecto importante en el aire que esta
contendrá [3]. En las figuras de la 19 a la 22 se
aprecia que la masa en la que se usó el
sustituto Riopaila Senza presentaba una baja
cantidad de aire en su estructura,
comportamiento esperado dado al bajo
volumen de sustituto que debía ser agregado,
por lo cual el área superficial entre este y la
grasa no era lo suficiente como para generar
las burbujas de aire requeridas.
Para la masa que contenía Splenda se
evidencio que la cantidad de aire contenido
en la masa era mayor, dado que el volumen
de sustituto que debió ser agregado era
mayor. En este caso, el área superficial
disponible entre la grasa y este sustituto era
mayor. Esto se tradujo en un incremento en la
cantidad de aire contenido en la mezcla. La
cantidad de aire en la mezcla se acercaba al
comportamiento requerido al aumentar la
cantidad de sacarosa en la mezcla.
Colorimetría Las diferencias de color después del horneado
en el producto terminado se presentan a
continuación:
13
Figura 23 Coloración de cada uno de los lotes preparados.
Puede apreciarse que las diferencias de color
en la superficie son grandes, resultado que es
esperado dado que la sacarosa es uno de los
precursores principales en la reacción de
Maillard. Para que esta se lleve a cabo, deben
estar presentes en la formulación azucares
reductores [17], así que es de vital
importancia la presencia de estos ya que esta
reacción se encarga de aportar color y sabor
al producto.
Las condiciones de operación también son
determinantes, pues dicha reacción solo se
lleva a cabo bajo ciertas condiciones de
humedad, temperatura y pH [18]. Para este
caso en específico la temperatura se mantuvo
constante a 150°C, condición óptima para
alcanzar la energía de activación de la
reacción y generar una alta reactividad entre
el grupo amino y el azúcar [18]. Sin embargo,
la condición de operación de pH, pudo haber
afectado un poco la ejecución de la reacción.
Las condiciones de la formulación fomentan
un ambiente propicio para que la reacción se
lleve a cabo con la sacarosa, más no
contempla el uso de sustitutos. Las formas de
cadena abierta del azúcar y la forma no
protonada del grupo amino se favorecen a
altos pH [18], pero al hacer uso de sustitutos
no se garantiza que la reacción se comporte
de igual manera.
Para un nivel de sustitución del 100% el
producto terminado no tiene mayor
coloración y aunque la formulación que
contiene 100% Splenda contiene un azúcar
reductor en su formulación (dextrosa), su
cantidad en la formulación es muy baja y dada
la alta cantidad de agua que por ende estaba
disponible a la hora del horneado, los
reactantes se diluyeron y la tasa de reacción
disminuyó. Esto gracias al hecho de que las
constantes de la reacción se afectan
dramáticamente con la inclusión o
disponibilidad de agua en la formulación [19].
Al incrementar la cantidad de sacarosa en la
formulación, la tonalidad de la superficie iba
cambiando. La formulación que contenía
Splenda® presento un cambio un poco más
marcado dado que los azucares presentes en
esta formulación eran reductores y por ende
podían ser utilizados como precursores de la
reacción junto con la sacarosa.
Al aumentar la cantidad de eritritol en la
formulación, la superficie de las galletas se iba
haciendo cada vez más clara, esto atribuido al
hecho de que el eritritol es un compuesto
polihidroxilo que no tiene grupo reductor, por
lo cual no reacciona con los aminoácidos por
medio de la reacción de Maillard [13]. La poca
reactividad en este tipo de formulación,
influyó en la escasa formación de colores y
sabores propios del producto esperado.
Otro aspecto a contemplar es que la
coloración de las muestras se pudo ver
afectada por el tiempo de horneado, ya que
dependiendo del tipo de sustituto utilizado, el
tiempo de horneado variaba [5]. Es
importante realizar un monitoreo constante
del horneado de las galletas para que el color
de la superficie no se vea afectado por este
hecho.
Conclusiones
Al hacer un recuento del conjunto de pruebas
realizadas, se destaca que una sustitución
parcial exitosa puede ser llevada a cabo con
un porcentaje de sustitución del 50% de
sacarosa por Riopaila Senza® ya que este es
aquel que presenta propiedades más
14
cercanas tanto en la masa como en el
producto terminado a aquellas presentadas
por la formulación realizada con un 100% de
sacarosa.
Es importante tener un control adecuado de
la cantidad de agua disponible en la
formulación, ya que un alto contenido de
humedad en la preparación está
estrechamente relacionado con el desarrollo
de la red de gluten, lo cual puede traducirse
en una alteración importante de las
propiedades reológicas de la masa y por ende
del producto terminado.
El mezclado es una parte muy importante del
proceso ya que es determinante en el
comportamiento reológico que tendrá la
masa y las propiedades que tendrá el
producto final. La masa es sometida a una
gran variedad de procesos, en donde se le
infringen diferentes tipos de deformaciones
[10], por lo cual su comportamiento reológico
es determinante para garantizar que es viable
utilizarla como precursor en procesos a gran
escala.
Es importante usar azucares reductores como
precursores para llegar a realizar una
sustitución total de la sacarosa en la
formulación de galletas. Solo este tipo de
azucares asegurarían una apariencia y sabor
similar al de una galleta preparada con
sacarosa, ya que participan activamente en la
reacción de Maillard, como lo hace la
sacarosa.
Para una sustitución total de sacarosa es
importante hacer uso de un sustituto que
tenga un agente voluminizante que reúna los
requisitos comentados a lo largo de este
estudio (interacción con el agua, tamaño de
partícula adecuado, participación activa en la
reacción de Maillard, etc.), ya que este será el
principal encargado de interactuar con los
otros ingredientes de la masa y así imprimirle
las propiedades requeridas.
Bibliografía
[1] K. O'Donell, Sweeteners and Sugar
Alternatives in Food Technology,
Oxford: Wiley-Blackwell, 2012.
[2] Visiongain, «PR Newswire,» 08 07
2015. [En línea]. Available:
http://www.prnewswire.com/news-
releases/low-calorie-sweeteners-
market-forecast-2015-2025-
512478381.html. [Último acceso: 26 02
2015].
[3] S. Gülüm Summu y S. Sahin, Food
Engineering Aspects of Baking Sweet
Goods, London: CRC Press, 2008.
[4] E. Zoulias, S. Piknis y V. Oreopoulou,
«Effect of sugar replacement by polyols
and acesulfame-K on properties of low-
fat cookies,» Journal of the Science of
Food and Agriculture, pp. 2049-2056,
2000.
[5] P. Taylor, «Evaluation of the bulk
sweetener D-tagatose and the high
intensity sweetener splenda as sugar
replacers in cookies,» Auburn, 2006.
[6] I. Norton, F. Spyropoulos y P. Cox,
«Creep and Stress Relaxation,» de
Practical Food Rheology, Edgbaston,
Willey-Blackwell, 2011, p. 141.
[7] T. Taylor, O. Fasina y L. Bell, «Physical
Properties and Consumer Liking of
15
Cookies Prepared by Replacing Sucrose
with Tagatose,» Sensory and food
quality, vol. 3, pp. 145-152, 2008.
[8] S. Sahin y S. Gulum, Physical Properties
of Foods, Ankara: Springer, 2006.
[9] Kilcast y David, Instrumental
assessment of food sensory quality: A
practical guide, Woodhead Publishing,
2013.
[10] H. Faridi y J. Faubion, Dough Rheology
and Baked Product Texture, New
Jersey: AVI, 1989.
[11] Intech, «Use of the Stress-Relaxation
and Dynamic Tests to Evaluate the
Viscoelastic Properties of Dough from
Soft Wheat Cultivars,» 2012.
[12] R. Manohar y P. Rao, «Interrelationship
between rheologycal characteristics of
dough and quality of biscuits; use of
elastic recovery of dough to predict
biscuit quality.,» ELSEVIER, Mysore,
2002.
[13] S. Lin, C.-C. Lee, J. Mau, L.-y. Lin y S.
Chiou, «EFFECT OF ERYTHRITOL ON
QUALITY CHARACTERISTICS OF
REDUCED-CALORIE DANISH COOKIES,»
Journal of Food Quality, vol. 33, pp. 14-
26, 2008.
[14] S. Summu y S. Sahin, Physical
properties of foods, Ankara: Springer,
2006.
[15] L. Young y S. Cauvain, Bakery Food
Manufacture and Quality Water control
and effects, Oxford: Wiley-Blackwell,
2008.
[16] E. Vieira, Elementary Food Science,
Springer, 1999.
[17] C. Davies y T. Labuza, «The Maillard
Reaction Application to Confectionery
Products,» University of Minnesota,
Minnesota.
[18] S. Martins, W. Jongen y M. van Boekel,
«A review of Maillard reaction in food
and implications to kinetic modelling.,»
ELSEVIER, Wageningen, 2001.
[19] B. Peterson, C.-H. Tong, C.-T. Ho y B.
Welt, «Effect of moisture content on
Maillard Browning kinetics of a model
system during microwave heating.,»
New Jersey, 1994.
[20] J. Clayton, «Characterization of the
Pore Structure of Starch Based Food
Materials.,» Food Structure, vol. 11,
1992.
[21] M. Andresen, B. Dissing y H. Loje,
«Quality assessment of butter cookies
applying multispectral imaging,» Food
Science and Nutrition, vol. 4, pp. 315-
323, 2013.
