Efecto del reemplazamiento parcial de harina de trigo por harina de amaranto en las propiedades fisicoquímicas de una torta sin azúcar

Valentina Bedón Miranda. Asesora: María Hernández Carrión. Departamento de Ingeniería Química y de Alimentos, Universidad de los Andes, Colombia.

Resumen Este estudio tuvo por objetivo analizar el efecto de sustituir parcial o totalmente harina de trigo por harina de amaranto en una torta libre de azúcar con el fin de que fuera apta para diabéticos. La evaluación del tamaño de partícula de la mezcla de los productos secos permitió observar una disminución en el diámetro medio por lo que la harina de amaranto tiene partículas más pequeñas que la harina de trigo. En cuanto a reología, se tuvo un aumento en la viscosidad de la masa a medida que la sustitución aumentaba, esto debido a la cantidad de agua disponible en el sistema. El producto terminado fue analizado mediante un análisis de perfil de textura (TPA) obteniendo resultados de dureza, elasticidad, cohesividad, gomosidad y masticabilidad. La dureza de las tortas disminuyó conforme aumentó la harina reemplazada lo que puede ser debido a una proteína llamada albúmina presente en el amaranto que tiene un comportamiento similar al gluten lo cual genera mayor suavidad en la masa. La cohesividad tuvo un comportamiento similar a la dureza, mientras que la elasticidad aumentó al aumentar la cantidad de harina de amaranto gracias a la cantidad de fibra presenta en ésta. La gomosidad y masticabilidad muestran una tendencia negativa ya que estos factores dependen de la dureza del producto. La inclusión de amaranto puede darse en una proporción del 50% pues así conserva propiedades similares a las de la muestra control pero agregando un valor nutricional gracias al alto contenido en proteína y fibra que tiene el amaranto. La evaluación sensorial mostró que los evaluadores prefieren la torta con 10% de harina reemplazada en cuanto a color, apariencia, esponjosidad y aceptabilidad general, adicionalmente se encontró que la mayoría de las personas están dispuestas a pagar hasta un 70% más por una torta que contenga harina de amaranto en vez de harina de trigo en comparación con las que se encuentran en el mercado actual. Palabras clave: proteína, fibra, viscosidad, textura, evaluación sensorial. Abstract The aim of this work was to analyze the effect of partially or totally substituting wheat flour by amaranth flour in a sugar free cake in order to make it suitable for diabetics. The particle size distribution of the dry products evaluation indicates a decrease in the median diameter so amaranth flour has smaller particles than wheat flour. Regarding to rheology, there was a proliferation in the viscosity of the mass as the substitution increased, this is due to the amount of water available in the system. The final product was analyzed by a texture profile analysis (TPA) obtaining results for properties such as hardness, elasticity, cohesiveness, gumminess and chewiness. Although an increase in hardness was expected as the replaced flour grew, it decreased, this behavior may be due to a protein called albumin present in amaranth which behavior is similar to glutens, this generates greater softness in the dough. Cohesiveness had a behavior similar to hardness, while

elasticity obtained a growth in its values when amaranth flour was more present because of the amount of fiber. Gumminess and chewiness show a negative trend since these factors depend on the hardness of the product. The inclusion of amaranth can be given in a proportion of 50% as it retains properties similar to those of the control sample but adding a nutritional value thanks to the protein and fiber content that amaranth has. The sensory evaluation showed that the evaluators prefer the cake with 10% replaced flour in terms of color, appearance, sponginess and overall acceptability. In addition, it was found that most people are willing to pay up to 70% more for a cake containing amaranth flour instead of wheat flour compared to those on the market today. Key words: protein, fiber, viscosity, texture, sensory evaluation.

1. Introducción

La harina de trigo es un implemento comúnmente utilizado sobre todo en la gastronomía para hacer repostería, pan o cualquier tipo de masa pues esta tiene diferentes propiedades y características que aportan estructura y volumen. La harina de trigo es rica en hidratos de carbono complejos, así como en diferentes proteínas, grasas (lípidos), vitaminas y minerales esenciales. Entre las proteínas, la más representativa es el gluten, el cual tiene un gran valor ya que le da a las masas una mayor elasticidad, facilitando el proceso de amasado y permitiendo que el producto final sea más poroso y de mayor volumen [1]. Los carbohidratos complejos son comunes y se encuentran en alimentos como el arroz, los panes y los cereales, por eso están presentes en la harina de trigo, estas moleculas se descomponen en azúcares simples que se absorben en el torrente sanguíneo. Dada la alta cantidad de carbohidratos en la harina de trigo, el índice glicémico (IG) de la harina de trigo es elevado. El índice glicémico es una medida de la rapidez con la que un alimento eleva el nivel de azúcar en sangre, se considera que el IG de un alimento es bajo si los valores están entre 0-54, medio entre 55-69 y alto entre 70-100. El IG de la harina de trigo es de aproximadamente 85, por lo que es bastante elevado [2].

Los alimentos con bajo índice glicémico hacen que el azúcar en la sangre se eleve y baje lentamente en el tiempo. Por el contrario, aquellos con índice glicémico alto, hacen que se eleve rápidamente la glicemia y luego baje también rápidamente [3]. Estos cambios tan bruscos en el nivel de azúcar en la sangre hacen que para una persona que padece diabetes sea difícil controlar su enfermedad. A pesar de que la diabetes no es fácil de controlar y que no siempre se cuenta con el tiempo necesario para aplicar la insulina y esperar a que el nivel de azúcar en sangre disminuya para comenzar a comer, se busca siempre que un paciente con diabetes no genere picos, ni altos ni bajos, en su nivel de glucosa pues esto puede ser muy perjudicial. Con el fin de mejorar esto, se aconseja que estas personas eviten el consumo de alimentos con algo IG, entre estos la harina de trigo. Sin embargo, la mayoría de los productos y preparaciones como galletas, ponqués y tortas la contienen, por esto se busca sustituir parcial o totalmente la harina de trigo de una torta común por harina de amaranto.

El amaranto es un pseudocereal, es decir, su uso y valor nutritivo es similar al de los cereales, pero realmente son semillas. A partir de este se puede obtener la harina de amaranto, que tiene un bajo índice glicémico y es libre de gluten [4] [5]. Además, posee grandes ventajas por sus proteínas, nutrientes y fibra, esto ayuda a regular la absorción de azúcares. Es una fuente importante de carotenoides y es alto en minerales como el calcio, hierro y fósforo [6]. El amaranto es una planta cuyo ciclo de cultivo es muy sencillo, crece rápido y no necesita alta cantidad de agua, puede ser cultivado en zonas tropicales de aproximadamente 4000 metros de altura, es resistente a sequías y

genera alta rentabilidad gracias a sus propiedades y cualidades nutricionales, agronómicas e industriales, que lo convierte en “el mejor alimento de origen vegetal para el consumo humano”, designación otorgada por la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos [7]. Una característica importante del amaranto es que el 20% de las proteínas contienen globulinas ricas en lisina, dando como resultado un alimento que contiene uno de los 8 aminoácidos esenciales para el ser humano convirtiéndolo en un elemento nutricional óptimo [7].

En este orden de ideas, al reemplazar parcial o totalmente la harina de trigo por la de amaranto en una torta, esta se volverá no solo más nutritiva sino también apta para personas que padecen diabetes e incluso la enfermedad celiaca, por esto se busca determinar la composición óptima de harina de trigo que puede ser reemplazada por harina de amaranto para que una torta sea apta para consumo y sea comparable con las ofrecidas en el mercado.

Luego de tener las muestras de tortas con harina reemplazada, se busca caracterizar fisicoquímicamente las mezclas secas, es decir las harinas y demás ingredientes sólidos; la masas, que sería la mezcla seca con agua y aceite y, por último, los productos finales para así poder seleccionar la mejor opción realizando una comparación con una torta control, es decir, con 0% de harina reemplazada. Adicionalmente, es importante incluir en la investigación estudios de vida útil, evaluación sensorial y análisis de perfil de textura con el fin de conocer las características de calidad del producto buscando poder ofrecer este producto como una nueva alternativa de consumo más saludable y apta para personas con diabetes.

2. Estado del arte

Se pretende realizar un estudio fundamentado en bibliografías, teniendo en cuenta autores de distintas nacionalidades que sustenten resultados comparables con el problema en desarrollo. Existen varios estudios con temas similares los cuales serán descritos a continuación. Este estudio, publicado en el 2020 y escrito por Lucia Valerga y otros colaboradores [8], realiza una caracterización de panes hechos con harina de trigo con reemplazamientos parciales de harina de berenjena en 3 niveles: 5, 7.5 y 10%. Durante este proyecto se analizaron varias propiedades de la masa y el producto final, las cuales incluyen cualidades técnicas, parámetros de fermentación, activididad antioxidante y análisis sensorial. Como resultado se obtuvo que la suavidad de la masa fue aumentando a medida que la harina de berenjena se hacía más presente, esto se atribuye a un decrecimiento en la estabilidad de la masa gracias a la dilución del gluten. En cuanto a productos finales obtenidos se observa una disminución del volumen con el incremento de harina de berenjena, el producto con la mayor cantidad de harina reemplazada tuvo menos elasticidad y cohesividad y presentó los valores de masticabilidad más altos. Los porcentajes de reemplazamiento que menos afectaron la muestra con respecto a la de control fueron los de 5 y 7.5, pero teniendo en cuenta que la última contiene mayor cantidad de fibra, esta fue seleccionada como la más óptima para reemplazar harina de trigo en panes. Masoumeh Azari escribió un artículo en abril del 2020 en donde optimiza algunas propiedades de una torta libre de gluten hecha con una mezcla de polvo de pulpa de manzana, almidón y goma de xantan que reemplazará el total de la harina de trigo utilizada en una torta común [9]. Se analizaron propiedades reológicas y de textura para conocer cuanto cambia el producto a las muestras de control hechas con harina de trigo y harina de arroz. A partir de un análisis químico de las propiedades de las harinas se determinó que la de manzana tenía menor cantidad de proteínas,

pero era basante alta en fibra. El análisis reológico mostró que los valores de consistencia en las tortas con manzana fueron notablemente mayores a los que tienen harina de trigo o arroz, esto puede estar relacionado con la cantidad de fibra, lo que causa un aumento en la capacidad de absorción de agua y la consistencia de la masa. Adicionalmente, la ley de potencia permitió afirmar que todas las masas se comportan de manera pseudoplástica. En cuanto a textura, la muestra de manzana resultó con mayor dureza y menor elasticidad y cohesividad. El producto también presentó un color más oscuro y un volumen menor, sin embargo, fue aceptado por el público mediante un análisis sensorial y es óptimo para el consumo de personas con enfermedad celiaca o diabetes dado su alto contenido de fibra, compuestos fenólicos, capacidad antioxidante y la ausencia de gluten. En mayo de 2020 se publicó un artículo escrito por Daniela Guardado-Felix en donde se estudian los efectos del reemplazamiento del 15% de harina de trigo por 3 tipos de harina de garbanzo en la calidad de panes [10]. Con el fin de conocer el tipo de harina óptimo para reemplazar se analizaron propiedades de cocción, color, textura mediante un análisis TPA, perfil proteico y de aminoácidos y análisis sensorial. Se tuvo en los resultados que con cualquier tipo de harina reemplazada aumenta significativamente la cantidad de agua absorbida, esto debido al alto contenido de proteína de los garbanzos. Adicionalmente, los panes con harina reemplazada presentan un color más oscuro, sin embargo, en términos de textura no se observan grandes diferencias con respecto al control. Por último, la evaluación sensorial dio como resultado que no se identifican cambios en términos de texura, color, aroma y aceptación de las muestras control y con reemplazamiento, aunque la composición protéica y de aminoácidos si aumenta. Elizabeth Nieto-Mazzocco junto con otros colaboradores realizó un estudio en 2019 donde analizó los niveles óptimos de harina de sorgo, arroz y amaranto para reemplazar la harina de trigo en productos de panadería [11]. Lo que buscaba era obtener productos similares a aquellos hechos con harina de trigo pero que fueran 100% libres de gluten. Al obtener los resultados con 18 diferentes composiciones de harinas, fue posible observar que cuando las proporciones de arroz y amaranto eran menores, se obtenían productos más secos. Adicionalmente, al aumentar la concentración de harina de sorgo o amaranto (o algunas otras harinas libres de gluten) la dureza del producto disminuye, esto es posiblemente debido a la alta proporción de grasa contenida a comparación de aquella presente en harinas de trigo o de arroz. Se observó también que la alta cantidad de fibra presente en las harinas de amaranto y sorgo genera una reducción en el volumen del producto debido a una menor retención de 𝐶𝑂! producido gracias a la levadura. Los resultados óptimos obtenidos para la composición de harinas fueron de 50% harina de arroz, 39% de sorgo y 11% harina de amaranto, que completaban 250 g de harina. El producto final tuvo mayor suavidad y un color más oscuro a comparación con la muestra control la cual era 100% harina de trigo, sin embargo, en términos de contenido de grasas, proteínas y carbohidratos era muy similar. J. Ballester Sánchez llevó a cabo una investigación en el 2019 que tuvo por objetivo llevar a cabo un estudio comparativo del perfil proteico y reológico de 3 variedades de quinoa con el fin de reemplazar el 25% de harina de trigo con harina de quinoa en la producción de panes [12]. En general, las masas y productos con las 3 variedades de quinoa presentaron un comportamiento similar entre ellas y distinto a la muestra control. Se observaron cambios en las propiedades térmicas de las masas lo que condujo al desarrollo de productos terminados con diferencias en características fisicoquímicas y de textura. Se tuvo un aumento significativo en el perfil nutricional y las muestras con harina reemplazada fueron aceptadas en el análisis sensorial, por lo tanto, el reemplazo de harina de trigo con harina de quinoa como estrategia para mejorar nutricionalmente la fabricación de panes es una buena estrategia de mejora.

El siguiente trabajo, escrito por Marcin A. Kurek en el 2019, estudia las propiedades atmosféricas que permiten el empaque óptimo de un pan con reemplazamiento parcial de harina de amaranto. A pesar de que este estudio se enfoca principalmente en las condiciones de almacenamiento, también estudia el efecto que tiene reemplazar 5, 10 y 15% de harina de trigo por harina de amaranto en los panes [13]. Se realizaron pruebas reológicas, de textura, contenido de humedad y polifenoles, entre otras. Los resultados reológicos indican que la masa es más elástica que viscosa, y que a medida que se le agrega amaranto estos valores disminuyen y la deformación aumenta, esto debido a la alta cantidad de fibra contenida en este tipo de harina. Se observó como tendencia que el volumen específico disminuye a medida que el contenido de harina de amaranto aumenta, se buscó una condición de almacenamiento que permitiera mantener el volumen lo más alto posible durante todo el tiempo de almacenamiento. En cuanto a la dureza, se encontró que a medida que aumenta el porcentaje de harina reemplazada también aumenta la dureza, aunque esto debería ser al contrario, Kurek cita un estudio que afirma que ciertas proteínas, como la albúmina, presentes en el amaranto pueden actuar igual a como actúa el gluten en la masa y esto explicaría el comportamiento obtenido. De la misma manera que la dureza incrementa con la cantidad de amaranto adicionado, la elasticidad también lo hace, el factor que influye en este caso es el alto contenido de lípidos presentes en el amaranto, los cuales actúan como agentes estabilizadores de gases en el momento del horneado mejorando la elasticidad del producto. Al final, las mejores condiciones para almacenar el pan fueron dadas en una atmósfera de 30% de 𝐶𝑂!, donde el pan mantuvo su mayor volumen y el grado de aumento de dureza fue el mínimo. En el 2019 la investigadora Neslihan Bozdogan [14] llevó a cabo un estudio donde se analizan los efectos del uso de harina de quinoa en las propiedades de pasteles libres de gluten al reemplazar parcialmente harina de arroz y almidón de papa con diferentes proporciones de esta harina. Para comparar los resultados se midieron propiedades como densidad y reología de la masa, análisis fisicoquímico, volumen específico y un análisis estadístico. Lo primero que se pudo observar es que la cantidad de proteína, grasa, ceniza y fibra dietaria total son mayores en las tortas con harina de quinoa que en la muestra control. Se presentó también un incremento en la viscosidad de las masas a medida que el contenido de quinoa aumentaba, esto es debido a la cantidad de agua disponible en el sistema ya que esta se ve afectada por la cantidad de agua que la harina normalmente absorbe. En cuanto al volumen y color, se observa mayor volumen y un color más oscuro en las tortas con quinoa. En lo que concierne a la textura, la muestra sin harina de quinoa exhibió el mayor valor de dureza y la adición de quinoa causó una disminución significativa en la fuerza máxima durante la fractura, lo que se correlaciona con la dureza, la elasticidad, por su parte, también se vio afectada directamente por la cantidad de quinoa. En conclusión, la harina de quinoa mejoró las propiedades físicas y nutricionales de las tortas y, la formualción que se incorporó mejor sin crear ningún efecto negativo fue aquella del 50%. Agata Antoniewska realizó una investigación en el año 2018 donde reemplazó parcialmente harina de trigo por una mezcla de harina de amaranto y hojuelas de trigo sarraceno, otro tipo de trigo que posee alto valor nutricional [15]. Lo que buscaba era analizar las propiedades nutricionales, sensoriales y antioxidante de los muffins. Se realizaron análisis de grasas, oxidación de grasas, antioxidantes, microbiológicos, entre otros. Dentro de los resultados se pudo observar una mayor cantidad de proteínas en los muffins con mayor cantidad de harina reemplazada, además de una disminución en las azúcares simples en el producto. La mayor ventaja encontrada en este reemplazamiento es el aumento del 50% de fibra dietaria en comparación con las muestras de control. Según los resultados de oxidación de lípidos y microorganismos presentes en los productos, la muestra con 33 y 50% de harina reemplazada presentan una mejor adaptabilidad durante los dos

meses de almacenamiento, por lo que se concluye que es efectivo hacer este reemplazamiento y es aceptado por las personas según el análisis de sensibilidad realizado. En este estudio del 2018 Marchetti analiza los efectos de reemplazar hasta 40% de harina de trigo por harina de nuez en la preparación de muffins comunes [16]. A los productos finales se les evaluaron propiedades como altura, color, microestructura y textura mediante un análisis TPA. Se obtuvo un alto rendimiento en el momento de cocción para las muestras de 20 y 30% harina reemplazada, esto debido a la mejor interacción que tiene el agua con la harina que evita que esta se evapore en el proceso de horneado, sin embargo, el muffin con 40% harina de nuez tuvo menor rendimiento ya que el tamaño de poro fue mayor y esto permitió que el agua se evaporara fácilmente. En cuanto a la dureza y la masticabilidad, los valores fueron decreciendo a medida que la harina de nuez se hacía más presente, por el contrario, la cohesividad disminuyó prosiblemente debido al aumento en la cantidad de lípidos presente en las muestras. La adhesvidad y la resiliencia no mostraron ningún patrón en el comportamiento, y según estudios similares realizados, este comportamiento es común. Con el análisis sensorial se concluyó que la harina de nuez tiene un efecto neutral o positivo en las muestras y que la formulación óptima sería entre 20 y 30% de reemplazamiento. Esta investigación, hecha en el año 2017 por Meysi Sofia Pereyra, estudia el efecto de sustituir harina de trigo por polvo de residuos de limón en muffins de vainilla analizando algunas características fisicoquímicas que influyen en la aceptación de un producto alimenticio [17]. Algunas de estas características incluyen color, firmeza, textura, compuestos fenólicos, entre otros. Pereyra realizó 3 sustituciones de 5, 10 y 15% y encontró que la última hacía que el producto tuviera mayor firmeza, lo anterior puede ser debido a la estructura rígida de las cáscaras de limón. Con el incremento de la sustitución también se observó un aumento en el contenido de fibra de los muffins, esto puede ser debido en gran parte a la presencia de celulosa y hemicelulosa dentro de las frutas. A pesar de esto, los consumidores no presentaron aceptación al producto debido al sabor amarago, la muestra control obtuvo el 80% de la aceptación, seguido por aquel con sustitución de 5%. Esto permite concluir que a pesar del alto valor nutricional que el limón aporta a este producto, este no es aceptado por el consumidor, pero posiblemente el experimento dé resultados similares utilizando otro tipo de fruta.

3. Materiales y métodos

3.1 Formulación y preparación de las tortas Para la elaboración de las tortas se utilizaron las siguientes materias primas: harina de trigo, de amaranto y de lino, endulzante natural estevia, agua, aceite de girasol, polvo para hornear y sal. Se buscó tener los ingredientes secos separados de los húmedos pensando en tener una mezcla seca lista a la que solo sea necesario agregar agua y aceite e introducir al horno. La composición de las diferentes formulaciones varía dependiendo de la torta que se está llevando a cabo, ya que, como se mencionó anteriormente, el objetivo pretende observar los cambios en los productos terminados al realizar diferentes sustituciones de harina. A continuación, se presentan la descripción de las características de las materias primas y la justificación de su uso en la preparación.

3.1.1 Harina de trigo La harina de trigo que se utilizó es la harina tradicional proporcionada por la empresa Haz de Oros (Bogotá, Colombia). Esta se caracteriza por ser muy fina, limpia y blanca, viene fortificada con hierro y vitaminas B1, B2, B3 y B9 [18]. Como se mencionó anteriormente, la harina es el principal componente en la elaboración de varios productos de pastelería y, específicamente la harina de trigo es rica en hidratos de carbono y en gluten, lo que proporciona elasticidad y esponjosidad.

3.1.2 Harina de amaranto marca Carolina

La harina de amaranto se elabora a partir de la semilla de amaranto y sigue el siguiente proceso: seleccionado, lavado, pesado, secado, molido y tamizado, cumpliendo ciertos requerimientos específicos como tamaño de partícula [19]. Posteriormente la harina se empaca y está lista para ser comercializada. El amaranto tiene un alto nivel de proteínas, por lo que su uso está en constante aumento, esto debido a la excelente proporción en los niveles de aminoácidos y el contenido de lisina (aminoácido esencial en la alimentación humana) que no suele encontrarse en la mayoría de los cereales [20]. A continuación, se presenta una tabla comparativa de los valores nutricionales del amaranto y otros granos, entre estos el trigo (Tabla 1).

TABLA 1. Valores nutriciones del amaranto y otros granos [21]

Característica Amaranto Arroz Maíz trigo Frijol Proteína (%) 15.54 7.60 7.68 13.00 21.48 Fibra cruda (%) 5.21 6.40 2.46 2.90 5.70 Cenizas (%) 3.61 3.40 1.65 1.50 4.61 Grasa (%) 7.31 2.20 5.00 1.70 1.96 Calcio (%) 0.14 0.02 0.01 0.02 0.15 Fósforo (%) 0.54 0.18 0.27 0.41 0.41 Magnesio (%) 0.22 0.08 0.13 0.10 0.19 Potasio (%) 0.57 0.12 0.48 0.40 1.30 Sodio (%) 0.02 0.01 0.01 0.01 0.02 Cobre (ppm) 6.00 4.00 4.00 4.20 10.00 Manganeso (ppm) 12.00 7.00 7.00 28.00 8.00 Zinc (ppm) 21.00 24.00 24.00 41.00 32.00 Energía (cal/100g) 439.90 364.00 361.00 354.00 361.00

3.1.3 Endulzante con estevia Dlight Es necesario para el sabor dulce de las tortas. En este caso se utiliza endulzante natural estevia ya que, a pesar de que es entre 200 y 300 veces más dulce que el azúcar común, no interfiere en el metabolismo de la glucosa ni en el índice de insulina en sangre lo que la hace apta para personas que padecen diabetes [22].

3.1.4 Aceite vegetal Fino de soya-girasol El aceite de girasol es la grasa procedente de la semilla del girasol (Helianthus annuus) y es un tipo de aceite vegetal, el contenido en lípidos de todas las grasas comestibles es muy elevado, siendo el del aceite de girasol muy cercano al 100%. La mayor parte de estos lípidos se encuentran como triglicéridos, y los ácidos grasos que forman parte de ellos son mayoritariamente poliinsaturados (62% del total de la grasa) [23]. Las grasas en las masas aportan sabor, suavidad y volumen.

3.1.5 Harina de lino Karavansay La harina de lino o de linaza, tiene un proceso similar a la harina de amaranto, pero la semilla se sustituye por las semillas de linaza. Esta harina es utilizada como una forma de reemplazar el huevo en las preparaciones, ya que aporta estructura y estabilidad. Para sustituir un huevo solo hace falta una cucharadita de harina de linaza y 3 cucharadas de agua [24].

3.1.6 Polvo para hornear Levapan

Es conocido como leudante químico, está compuesto de bicarbonato de sodio, fosfato monocálcico, pirofosfato de sodio y almidón. Se utiliza en la repostería para agregar a las mezclas antes de cocinarlas, con la intención de que al hornear produzcan dióxido de carbono y suban [25].

3.1.7 Sal Refisal

La sal en las tortas se añade en pequeñas cantidades y se usa principalmente para conseguir los sabores y texturas adecuadas, pues esta realza el sabor de los productos. La sal, además, actúa como conservante natural y en el amasado ayuda a aumentar la elasticidad haciendo la masa más maleable [26].

3.2 Formulaciones

Para las formulaciones de las distintas tortas se tiene como principal elemento la sustitución parcial o total de la harina de trigo por harina de amaranto, mientras que el resto de los componentes se mantienen constantes en todas las pruebas teniendo un total de 967 g de mezcla. Las composiciones de todas las masas se muestran en % peso/peso en la siguiente tabla (Tabla 2):

TABLA 2. Composiciones de las muestras en % peso/peso

Ingredientes (% p/p) Control 10% 30% 50% 65% 80% 100%

Harina de trigo 41.4 37.2 29.0 20.7 14.5 8.3 - Harina de amaranto - 4.1 13.4 20.7 26.9 33.1 41.4

Harina de lino 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 Polvo para hornear 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3

Endulzante 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Sal 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1

Agua 51.6 51.6 51.6 51.6 51.6 51.6 51.6 Aceite 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 Total 100 100 100 100 100 100 100

3.3 Metodología

3.3.1 Diagrama de flujo del proceso

Para el proceso de elaboración de las tortas se realizaron varios intentos y ensayos con el fin de obtener el óptimo, teniendo como base inicial un proceso o receta estándar. Lo que se tuvo en cuenta para optimizar el proceso fueron los tiempos de mezclado de las masas, así como el tiempo dentro del horno y la temperatura de precalentamiento y de funcionamiento de este. El proceso detallado es el siguiente:

1. Recepción de la materia prima en el laboratorio y conservación de esta en un espacio cerrado y seco para evitar su contaminación o alteración.

2. Pesado de los elementos secos (harinas, polvo para hornear, endulzante y sal) por separado

utilizando una balanza y una espátula.

3. Medición de los elementos líquidos en dos beakers.

4. Precalentamiento del horno a 180ºC durante el tiempo de preparación de las muestras, que es aproximadamente 20 minutos.

5. Homogeneización de la mezcla seca de forma manual utilizando un agitador de vidrio hasta

ver que los diferentes elementos se encuentran integrados.

6. Mezclado de la muestra seca con el agua y el aceite. Para este paso se utiliza una batidora KitchenAid Commerial a la que se le agrega el polvo previamente homogeneizado, se enciende a una velocidad baja-media y se agrega el agua y el aceite lenta y constantemente hasta que se agote.

7. Esparcimiento de las masas en moldes previamente engrasados con el mismo aceite vegetal

utilizado en la preparación para facilidad al momento de desmoldar los productos finales.

8. Horneado de las tortas en un horno de laboratorio de convección forzada pequeño ESCO Isotherm en un intervalo de tiempo entre 30 y 35 minutos a una temperatura de 165ºC.

9. Por último, se procede a desmoldar las tortas y dejarlas enfriar a temperatura ambiente por

aproximadamente 35 minutos. El proceso descrito anteriormente se encuentra resumido en la figura 1. Diagramada de flujo del proceso. A partir de las tortas elaboradas siguiendo este diseño, se realizan los análisis de textura y humedad correspondientes, almacenando los productos en un estante a temperatura ambiente en una bolsa sellada.

Fig. 1. Diagrama de flujo del proceso

3.3.2 Tamaño de partícula El tamaño de partícula se determinó para cada una de las formulaciones utilizando un Analizador de tamaño de partículas, Mastersizer 3000. Este equipo es un “analizador modular con tecnología de Difracción láser diseñado para la medida rápida y de alta precisión de la distribución de tamaño de partículas de muestras en dispersión líquida y seca. Trabaja en el rango de milímetros, micrómetros y nanómetros” [27]. El Mastersizer-3000 con el que se realizaron las mediciones, usa la metodología de difracción y dispersión de luz láser. El funcionamiento de este láser se da cuando la luz atraviesa las partículas, generalmente suspendidas en una solución acuosa, e impacta con ellas, lo que genera un patrón de dispersión que permite analizar los datos cuantitativamente, entregando los tamaños de partículas para el 10, 50 y 90% de la muestra que toma [28]. Los métodos para el cálculo de estos valores se basan en los modelos definidos por Fraunhofer y Mie, el primero se enfoca pricipalmente en partículas esféricas mientras que el segundo en aquellas con forma alargada. El equipo permite analizar muestras húmedas y secas, en el presente trabajo se analizan las muestras únicamente secas para las cuales el Masersizer utiliza muestras menores de 3.2 mm. La muestra se mide en caída libre y es así como se consigue leer variados tamaños de partículas individuales [28]. Cabe resaltar que un análisis de tamaño de partícula es importante ya que las mezclas secas con alta uniformidad de granulometría promueven una mejor calidad sensorial de textura y apariencia al producto terminado, ya que absorben el agua de manera homogénea [29].

3.3.3 Análisis reológico La reología es el estudio de los flujos y la deformación de los materiales. La deformación y el flujo se denominan esfuerzo de deformación y velocidad de deformación, respectivamente, e indican la distancia por la cual se mueve un cuerpo bajo la influencia de un esfuerzo o una fuerza externos. Por este motivo, la reología también se considera el estudio de las relaciones de deformación y esfuerzo en los materiales [30]. Para medir las propiedades reológicas de las masas húmedas se utilizó el reómetro rotacional ARG2 de tensión controlada, el cual es ideal para muestras líquidas con baja viscosidad. Con este equipo se pueden realizar ensayos como: Ensayos de obtención de viscosidad, tanto en modo estacionario como en aumento lineal de esfuerzo o velocidad de cizalla. Ensayos de relajación esfuerzo (stress-relaxation), ensayos de creep-recovery, ensayos oscilatorios tanto en modo esfuerzo como deformación controlados (barridos de esfuerzo o deformación, barridos de frecuencia o barridos de tiempo) y ensayos de fuerza normal. Para las pruebas reológicas presentadas, se manejó una temperatura de 25ºC, una geometría cilíndrica de 20 mm de diámetro, un espesor entre los platos reológicos (el que está en movimiento y el estático) conocido comunmente como GAP de 1000 𝜇𝑚y un rango de velocidad de deformación de 0.1 a 100 𝑠"#. Esta velocidad de deformación (o cizallamiento) se relaciona con la velocidad relativa de movimiento y la distancia entre platos, para cierta velocidad a medida que la distancia entre platos disminuye, es decir si estos se encuentran más cerca, se requiere un mayor esfuerzo. La fórmula que define la velocidad de deformación es la siguiente.

�̇�[𝑠"#] =𝑣[𝑐𝑚 𝑠⁄ ]𝑥[𝑐𝑚]

(𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛1)

Para este análisis, se realizó un ensayo de comportamiento al flujo para obtener viscosidad en función de la velocidad de deformación (shear rate). A partir de esto es posible determinar si el flujo se comporta de manera newtoniana, es decir que el gradiente de velocidad se incrementa linealmente mientras mayor sea el esfuerzo cortante aplicado; o no newtoniana, en donde la viscosidad de los fluidos no permanece constante y el esfuerzo de corte no es lineal con el gradiente de velocidad. En dado caso, la viscosidad también cambiará dependiendo del fluido, para algunos casos la viscosidad disminuye cuando el esfuerzo cortante aumenta, mientras que en otros casos la viscosidad aumenta a medida que el esfuerzo también lo hace. El comportamiento al flujo de los fluidos no newtonianos es mucho más complejo de lo que se menciona en este párrafo, por esto, a continuación, se presenta una gráfica del comportamiento descrito (figura 2):

A) B)

Fig 2. Comportamiento de los fluidos. A) esfuerzo cortante vs. velocidad de deformación y B) viscosidad aparente vs. velocidad de deformación [31]. La figura 2 permite ver los diferentes comportamientos viscosos en función de la velocidad de deformación de los fluidos newtonianos y no newtonianos que se representan mediante la pendiente de las curvas. Como ya se mencionó la relación es lineal para los fluidos newtonianos mientras que los no newtonianos tienen diferentes comportamientos. Por ejemplo, para los fluidos pseudoplásticos la pendiente de la curva disminuye a medida que la velocidad de deformación aumenta, el fluido dilatante o plástico se comporta contrariamente pues la viscosidad incrementa con la velocidad de deformación. Otro caso es aquel del plástico de Bingham, el cual necesita un esfuerzo cortante para comenzar a fluir y posteriormente se comporta igual que un fluido newtoniano [32].

3.3.3.1 Ley de potencia Los fluidos (comunmente los no newtonianos) se pueden describir mediante la ley de potencia, la cual es la ecuación de una línea recta donde los ejes logarítmicos representan la viscosidad aparente y la velocidad de deformación, tal como se representa en la figura 2B. La ley de la potencia es la siguiente

𝜏 = 𝑘�̇�$(𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛2)

En donde: 𝜏 = esfuerzo cortante (𝑃𝑎) 𝑘 = índice de consistencia del fluido (𝑃𝑎𝑠$) 𝑛 =índice de potencia del fluido �̇� = Velocidad de cizalla (1/s) O en términos de la viscosidad aparente (𝜂) la expresión es

𝜂 = 𝑘�̇�$"#(𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛3) Adicionalmente, y para cualquiera de las dos expresiones, dependiendo del fluido el índice de potencia del fluido cambiará de la siguiente manera:

• Para fluidos newtonianos n=1 • Para fluidos pseudoplásticos 𝑛 < 1 • Para fluidos dilatantes 𝑛 > 1

Mediante el uso de esta expresión matemática es posible cuantificar los valores y ratificar el comportamiento de un fluido.

3.3.4 Análisis de textura Para analizar la textura de las tortas se utilizó un texturómetro TA.HD plus C, el cual realizó pruebas mecánicas que dieron a conocer varias características de las tortas finales. Este equipo es capaz de medir prácticamente cualquier característica física del producto, como la dureza, la fracturabilidad, la adhesividad, la fuerza del gel, la extensibilidad de los alimentos, los cosméticos, los productos farmacéuticos, los geles, los adhesivos y otros productos de consumo [34]. Para este proyecto, se tomó un ensayo propuesto que tiene en cuenta el método TPA (Análisis de perfil de textura), el cual simula el proceso de masticación de la mandíbula. El método TPA que se llevó a cabo fue el AIB estándar, este realiza las siguientes acciones:

1. Comprime la muestra de torta una distancia previamente fijada. 2. Se retira a la altura de la muestra original, que ya se determinó por la fuerza del gatillo del

equipo. 3. Permite a la muestra recuperarse durante un tiempo determinado. 4. Repite la compresión para precisar la distancia de penetración original.

Basado en el comportamiento que muestra el producto después de estas acciones, es posible cuantificar dureza, fracturabilidad, adhesividad, elasticidad, cohesividad, gomosidad, masticabilidad y resiliencia, aunque el estudio realizado se enfoca mucho más en dureza, elasticidad y cohesividad. Estas propiedades se describen a continuación:

Dureza: La dureza de un material es la resistencia que opone a su deformación elástica, plástica superficial por rayado o penetración. La dureza de un material es inversamente proporcional a la huella que queda al aplicarle fuerza [35], se expresa en unidades de fuerza, Newtons. Fracturabilidad: es la tendencia que tiene un material al desmoramiento, agrietado o rotura cuando se le aplica alguna fuerza. Es común encontrar esta propiedad en productos de alta dureza y baja cohesión [36] se expresa en unidades de fuerza, Newtons. Adhesividad: Es el trabajo o fuerza necesaria para superar las fuerzas de atracción entre la superficie de un producto y la superficie de un material con la que se entra en contacto [36], se miden en unidades de fuerza por distancia, N*m. Elasticidad: Propiedad donde un cuerpo se deforma de manera proporcional a la carga aplicada y recupera su forma original una vez ha cesado la acción de la carga. Un cuerpo se denomina perfectamente elástico si no experimenta deformaciones permanentes [37], esta propiedad es adimensional ya que se divide unidad de longitud sobre unidad de longitud. Cohesividad: límite hasta el cual el material se puede deformar antes de romperse [38], es adimensional. Gomosidad: energía requerida para desintegrar un alimento de modo que esté listo para ser tragado. La gomosidad es la multiplicación entre la dureza y la cohesividad, tiene unidades de fuerza, Newton [38]. Masticabilidad: trabajo necesario para desintegrar un alimento para que esté listo para ser ingerido, es el producto de la gomosidad y la elasticidad, tiene unidades de fuerza, Newton [38]. Resiliencia: La resiliencia es la propiedad de un material que permite que recupere su forma o posición original después de ser sometido a una fuerza de doblado, estiramiento o compresión, se expresa en 𝐽 𝑚%⁄ [39]. Para la prueba AIB estándar se seleccionó una distancia de 10 mm, que es la distancia que entra la sonda en la muestra. Para llevar a cabo la medición, la muestra se posiciona en el centro justo debajo de la sonda y la prueba se comienza a correr. A partir de esto se obtiene una curva de doble compresión típica del análisis de TPA, similar a la mostrada a continuación (figura 3):

Fig 3. Gráfica general del análisis de perfil de textura [38]

En la figura 3 es posible observar el comportamiento de los parámetros descritos anteriormente, estas curvas registran las características o propiedades de textura que tienen las muestras durante las mediciones. El análisis de perfil de textura tiene una configuración en donde mide objetivamente las sensaciones que se tienen al morder o masticar un alimento, y hace que las características de textura sean más estandarizables y predecibles [40]. Al obtener estas curvas se conoce el comportamiento de los alimentos vs. la fuerza que se le aplica, esto implica realizar una doble compresión y cuantificar los parámetros mecánicos de las curvas fuerza-deformación [41]. El TPA es comúnmente usado en la investigación debido a lo práctico que es y, aunque la textura es una propiedad complicada de definir ya que se atribuye de diversidad propiedades, es en síntesis un atributo crítico de calidad al momento de decidir seleccionar o no un producto.

3.3.5 Humedad

Con el fin de determinar la humedad de las tortas se utilizó el método AOAC 930.15 el cual se basa en la pérdida de peso que sufre el producto debido al calentamiento [42]. La muestra se pesa y se mete en el horno a 105ºC durante determinado tiempo, posteriormente se saca del horno, se vuelve a pesar y se analiza el cambio del peso de la muestra. La humedad se determinó para cada formulación una vez esta había sido enfriada. Adicionalmente, con el fin de estudiar la vida útil del producto, se analiza la humedad cada 7 días durante 21 días, a medida que pasa el tiempo la humedad debe ir disminuyendo ya que los productos se van secando al estar en un ambiente con humedad controlada, sin embargo, si estos tienen algún contacto con el ambiente la humedad aumentará. La humedad se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula

%ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =𝑚& −𝑚'

𝑚&∗ 100(𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛4)

En donde 𝑚' representa la masa seca, es decir, después de estar en el horno, y 𝑚& la masa húmeda antes del horno.

3.3.6 Evaluación sensorial La evaluación sensorial de las muestras control y las formulaciones con 10%, 50% y 100% de harina de trigo reemplazada se llevó a cabo con 120 evaluadores sin entrenamiento, con edades comprendidas entre los 16 y 54 años, quienes consumen este tipo de alimentos semanal (25.6%), mensual (30.6%) y esporádicamente (38.8%). Se evaluaron 4 atributos principales para cada una de las tortas, siendo estos color, aparienca, esponjosidad y aceptabilidad general del producto con una escala hedónica de 9 puntos (9 = le gusta mucho, 1 = le disgusta mucho). Los datos obtenidos fueron analizados mediante un ANOVA utilizando la prueba de la mínima diferencia significativa de Fisher, o LSD por sus siglas en inglés. Esta prueba funciona creando intervalos de confianza para todas las diferencias entre las medias de los niveles, luego, utiliza la tasa de error individual y algunas comparaciones para calcular el nivel de confianza para cada uno de los intervalos [43]. La diferencia entre las medias se considera significativa cuando p <0.05. El procedimiento estadístico se llevó a cabo utilizando el software Minitab 19, el cual permite examinar datos para buscar tendencias y patrones, descubrir relaciones entre las variables, observar interacciones entre datos y factores importantes, entre otras opciones [44].

Adicionalmente, mediante la evaluación sensorial se determinó información extra como cuál torta el evaluador preferiría consumir y cuál no, si estaba dispuesto a consumir una torta con reemplazamiento de harina de amaranto y en qué proporción de reemplazamiento, cuánto dinero estaría dispuesto a pagar por una torta hecha con harina de amaranto y cuál torta creía que tenía solo harina de trigo, 50% de harina remplazada y solo harina de amaranto.

4. Resultados

4.1 Tamaño de partícula

Para el tamaño de partícula de las muestras secas, se presentan los datos para el D [4;3] arrojados por el Mastersizer 3000 (Tabla 3). Se presenta únicamente este valor ya que representa el diámetro medio del volumen y refleja el tamaño de las partículas que constituyen la mayoría del volumen de la muestra.

TABLA 3. Valor D [4;3 ] para cada muestra

Muestra Valor D [4;3] (𝝁𝒎) Control 544

10% 435 30% 232 50% 281 65% 375 80% 340

A partir de estos valores es posible analizar que a medida que el porcentaje de harina de amaranto aumenta, el tamaño de partícula disminuye, esto permite inferir que la harina de amaranto tiene un tamaño de partícula menor al de la harina de trigo, ya que en estas muestras lo único que se varía son los porcentajes de harina. Según un estudio de la universidad de Kansas [45], el tamaño de partícula para la harina de trigo suave y blanca (cómo la que se utilizó en este proceso) es de 570.29 𝜇𝑚, lo cual se acomoda al resultado de la muestra control, teniendo en cuenta que las mezclas no solo contenían harina. Por su parte, para la harina de amaranto no se encuentran valores entre la literatura sobre su tamaño de partícula, pues algunos son valores de mezclas de harina de amaranto con harina de quinoa, sorgo o arroz, pero no hay valores de la harina de amaranto pura. En cuanto a las muestras de 30 y 50%, se tienen valores que no corresponden al patrón de los demás, esto puede ser debido a que éstas no eran tan homogéneas como las otras. Adicionalmente, se tienen gráficas en las que se puede observar la dispersión de los datos con lo que se puede explicar el comportamiento de los tamaños de partícula. A continuación, se muestran las gráficas para las muestras de 30 y 80% (figuras 4 y 5, respectivamente) con el fin de comparar sus comportamientos.

Fig. 4. Comportamiento del tamaño de partícula para la muestra del 30% de harina reemplazada.

Fig. 5. Comportamiento del tamaño de partícula para la muestra del 80% de harina reemplazada. Como se puede observar, la figura 4 muestra que hay varias poblaciones formadas por diferentes tipos de diámetros, es decir la muestra es poli dispersa ya que tiene muchos tamaños diferentes, por esto el promedio del tamaño de la partícula no es coherente con los resultados y, por ende, este valor no se tendrá en cuenta. Por su parte, la figura 5 muestra un tamaño de partícula más uniforme y una sola población, permitiendo afirmar que conforme aumenta el porcentaje de harina de amaranto, se uniformiza el tamaño de partícula. Un estudio realizado por Naifu Wang, que estudiaba el efecto del tamaño de partícula de la harina de trigo en un tipo de pan chino, demostró que al reducir el tamaño de partícula se fortalece la red de gluten en la masa, haciendo que esta sea más suave y más estable [46]. Teniendo en cuenta que la harina de amaranto tiene proteínas con comportamientos similiares al gluten, como la albúmina, al tener un tamaño de partícula menor para esta harina podría haber un comportamiento similar al hallado por Wang y esto generaría una mejor calidad de masa. Por el contrario, Le Bleis realizó un análisis donde agregó salvado de trigo en distintas cantidad y tamaños de partícula para estudiar el efecto reológico que tenía en un pan; encontró que lo que realmente tenía efecto en la consistencia y viscosidad de la masa era la cantidad de salvado agregado, pero que el tamaño de partícula no tenía efecto significativo [47]. Realizando una analogía con este estudio, el tamaño de partícula de la harina de amaranto no generaría ningún cambio significativo en los resultados reológicos y de textura, estos se verían netamente afectado por la cantidad de amaranto y sus propiedades.

4.2 Reología

Con el fin de conocer el comportamiento del fluido se tiene la siguiente gráfica de viscosidad vs. velocidad de deformación (figura 6):

Fig. 6. Curvas de viscosidad Esta gráfica permite ver que a medida que el porcentaje de harina de trigo reemplazada aumenta, la viscosidad también lo hace así que el amaranto tiene gran influencia en la viscosidad de las masas. Adicionalmente, se observa que el fluido presenta un comportamiento pseudoplástico para todas las muestras, teniendo entonces una disminución de la viscosidad a medida que el esfuerzo cortante aumenta. Lo anterior se ve determinado gracias a la formación y ruptura existente entre las interacciones moleculares, es decir, mientras no exista ninguna velocidad de cizalla, el fluido se encontraría en equilibrio. Pero, a medida que el esfuerzo de cizalla aumente se generará la destrucción de interacciones moleculares, sin embargo, el calor producido por el movimiento origina una compensación en los cambios de la viscosidad del fluido recreando algunas interacciones entre moléculas. Por último, al aumentar aún más la cizalla, el número de destrucciones en las interacciones es mayor al de creaciones, por lo que el fluido disminuye su viscosidad [48]. El aumento en la cantidad de harina de amaranto hace que la masa de las tortas tenga mayor viscosidad, este aumento se atribuye a la cantidad de agua disponible en el sistema ya que esta se ve afectada por la cantidad de agua absorbida por la harina, que está asociada con la cantidad de proteínas [49]. Es decir, entre más proteínas tenga la mezcla, más agua será absorbida y por ende habrá menos agua disponible, lo que hace que la masa aumente su viscosidad. La harina de amaranto absorbe más agua que la harina de trigo dado que tiene más proteínas, así pues, hay menos agua disponible para facilitar el movimiento de partículas en la masa generando valores de viscosidad mayores. Este mismo comportamiento obtuvo Bozdogan [14] en su estudio con harina de quinoa en la producción de tortas libres de gluten, el motivo de este aumento también se basa en el aumento de proteínas en la masa pues la quinoa, al igual que el amaranto, tiene más contenido proteico que la harina de trigo. Para una mejor comprensión del comportamiento reológico de las masas, los datos experimentales se ajustaron al modelo de ley de potencia, buscando encontrar los valores de k y n. Con el valor de n será posible confirmar el comportamiento del fluido y, con el valor de la constante k, se determinará con qué porcentaje de harina de trigo reemplazada la consistencia es mayor.

1

10

100

1,000

0.1 1 10 100

Visc

osid

ad (P

a*s)

Velocidad de deformación (1/s)

Curvas de viscosidad

control10%50%65%

Para encontrar estas constantes y teniendo en cuenta los datos arrojados por el reómetro, fue necesario linealizar la ecuación de la ley de potencia para así obtener una regresión lineal sobre los logaritmos de la velocidad de cizalla, el esfuerzo cortante y la viscosidad. La linealización de la ley de potencia se muestra a continuación

τ = k𝛾!(𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛5)

ln(τ) = ln(k𝛾!)(𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛6)

ln(τ) = ln(k) + 𝑛ln(𝛾) (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛7)

A partir de un análisis lineal, es posible analizar por método de regresión lineal el comportamiento de los parámetros k y n asociados a la ley de potencia (figura 7).

Fig 7. Ley de potencia de la muestra control Como se puede observar en la ecuación lineal obtenida en la figura 7, el valor de k se obtiene tomando la exponencial del corte del eje y de la función lineal. Adicionalmente, el valor de n será la pendiente que presenta la recta, teniendo lo anterior en cuenta, se obtienen los siguientes resultados:

𝑘 = 𝑒%.)**! = 35.77𝑃𝑎 ∗ 𝑠$

𝑛 = 0.5038 Se realizó el mismo procedimiento mostrado anteriormente para cada una de las muestras analizadas en el presente estudio y se obtuvieron los siguientes valores para las constantes de k y n (Tabla 4).

y = 0.5038x + 3.5772R² = 0.9984

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

ln(τ

)

ln(𝛾)

ln(τ) vs. ln(𝛾)

TABLA 4. Valores de las constantes de la ley de potencia

Muestra k [𝑷𝒂 ∗ 𝒔𝒏] n 𝑹𝟐

Control 35.773 0.504 0.991

10% 43.052 0.500 0.991

50% 66.680 0.447 0.996

65% 114.103 0.366 0.999

El modelo de la ley de potencia logró correlaciones satisfactorias con los datos experimentales, teniendo un 𝑅! mayor al 99% en todas las muestras. Los valores del índice de potencia del fluido n confirman que todas las muestras se comportan según un fluido pseudoplástico pues este valor es menor a 1 en todos los casos. Resultados similares se encuentran en los estudios de Turkut M. [50] y Demirkesen [51] donde en el primero se sustituye harina de trigo por mezclas de harina principalmente compuestas de quinoa para la preparación de panes y en el segundo se reemplaza la harina de trigo por harina de arroz con adición de diferentes tipos de gomas con o sin emulsificantes. Este comportamiento también se encontró en el estudio de Azari y Shojaee [9] y es atribuído a la mayor fluidez de la matriz de la masa resultante de la ruptura de partículas aglomeradas grandes en partículas más pequeñas. Adicionalmente, se observa que el índice de consistencia k tiene un notable aumento a medida que la cantidad de harina de amaranto es mayor, entonces entre mayor % de harina de trigo reemplazada hay, la consistencia de la masa es mayor. Puede que esto esté relacionado con el aumento en la cantidad de fibra presente en el amaranto en comparación con la harina de trigo, lo que genera un aumento en la absorción de agua y, por ende, en la consistencia de la masa. Del mismo modo, Azari y Shojaee [9] comentaron el aumento en el índice de consistencia de masa de torta al sustituir harina de trigo por polvo de pulpa de manzana, la cual contiene más fibra igual que el amaranto. Similarmente, Turkut M. [50] reportó también un incremento en el índice de consistencia de la ley de potencia debido al aumento en la cantidad de fibra al agregar harina de quinoa en la formulación de panes libres de gluten. Estos resultados son lo esperado pues de acuerdo a lo reportado en literatura, la suplementación o adición de fibra en la masa de productos pasteleros sin gluten influye en la resistencia al flujo y aumenta el estrés de rendimiento, así como la viscosidad aparente [51].

4.3 Textura El análisis de perfil de textura (TPA) arrojó los resultados que se observan en la tabla 5. En lo que concierne a la dureza de las muestras se observa que aquella con el 10% de harina de trigo reemplazada tiene la mayor dureza, siendo esta de 14.61N y la menos dura fue aquella que contenía únicamente harina de amaranto. Lo que se esperaba según literatura era un aumento en la dureza al aumentar el grado de amaranto, pues el gluten presente en la harina de trigo hace que el producto sea menos duro, ya que este aporta elasticidad y esponjosidad a los alimentos [52], y al tener este gluten más diluído la dureza incrementaría. Sin embargo, una explicación a los resultados obtenidos es una proteína presente en el amaranto llamada albúmina, esta es capaz de interactuar con las proteínas del gluten a través de enlaces de disulfuro y muestra efectos similares a la glutenina de

las proteínas del trigo [53]. Este comportamiento hace que la dureza disminuya en lugar de aumentar cuando la harina de amaranto se encuentra presente en mayor proporción en la masa. Estudios similares en los que se reemplaza parcial o totalmente la harina de trigo por harina de otro producto como quinoa, berenjena o polvo de manzana y/o limón, resultan en un aumento en la dureza, sin embargo, Kurek [13] en un estudio donde hizo una sustitución de harina de trigo por harina de amaranto obtuvo los mismos resultados, una disminución en la dureza, permitiendo deducir que son estas proteínas las que generan este comportamiento. En cuanto a la elasticidad se observa un aumento dependiente al incremento de harina de amaranto, siendo la muestra control la menos elástica y la torta con solo amaranto la de mayor elasticidad. La elasticidad de los productos está relacionada con la cantidad de fibra presente en estos que también influye en qué tan frescos y aireados son los productos, por lo que esta es una propiedad deseada en las tortas [54]. Por su parte, Kurek asocia el aumento en la elasticidad con el alto contenido de lípidos en el amaranto, que actúan como agentes estabilizadores de gases al hornear pan, mejorando así la elasticidad del pan horneado [13]. La cohesividad muestra un comportamiento contrario al de la elasticidad, pues esta disminuye al aumentar la sustitución exceptuando las muestras con 65 y 80% harina de amaranto en donde la cohesividad alcanza sus mayores valores y posteriormente vuelve a disminuir. Los resultados de esta propiedad fueron consistentes con los hallazgos de Azari [9] donde demostró que la cohesividad al agregar polvo de pulpa de manzana a productos pasteleros aumenta debido al aumento en la cantidad de fibra, lo que explicaría también los resultados obtenidos con el amaranto. La gomosidad y masticabilidad muestran en general una tendencia a disminuir, estas dos propiedades son factores dependientes de la dureza, por lo que su comportamiento es similar al de esta y quiere decir que el producto es más fácil de romper en la boca cuando tiene mayor contenido de harina de amaranto. La adhesividad presenta valores negativos debido a la textura pegajosa de la torta, entre más negativo sea el valor, más pegajosa es y quiere decir que cuando el producto se consume, se adhiere al paladar y necesita mayor esfuerzo para retirarlo y poder comerlo. Nerigamez afirma que cuando la harina es mezclada en correcta proporción de agua y por el tiempo adecuado, se obtiene una masa suave y homogénea, por el contrario, si la cantidad de agua es muy alta o si la masa se sobremezcla es muy probable que esta se vuelva pegajosa y su adhesividad sea mayor [55], por lo tanto, puede que los resultados hayan ido en aumento debido a alguno de estos dos factores.

TABLA 5 Perfil de textura de las muestras

Muestra Dureza (N) Fracturabilidad (N)

Adhesividad (N*m) Elasticidad Cohesividad Gomosidad

(N) Masticabilidad

(N)

Control 10.154 - - 0.820 0.750 7.619 6.251

10% 14.610 - -0.237 0.868 0.753 11.000 9.548

30% 13.560 - -1.226 0.897 0.683 9.840 7.890

50% 11.901 13.393 -5.495 0.913 0.662 7.876 5.473

65% 8.364 - -5.073 0.980 0.831 6.952 6.810

80% 6.704 - -5.976 0.917 0.708 4.748 4.355

100% 4.907 - -6.213 0.923 0.694 3.284 4.407

4.4 Humedad La humedad fue medida el día de horneado de la muestra, así como 7 días después para observar el comportamiento y cómo el almacenamiento estaba afectando la cantidad de agua presente en las tortas, los resultados se muestran en la tabla 6.

TABLA 6 Porcentaje de humedad de las muestras

El contenido de humedad guarda relación con las propiedades microbianas, químicas y físicas de las muestras de harina. La humedad de los productos tiene una gran importancia para el almacenamiento seguro de cereales y sus productos debido al deterioro microbiano [14]. Los productos de pastelería que tienen alta cantidad de fibra tienden a ser más húmedos que aquellos productos hechos con harinas refinadas [11], por lo tanto, en este caso se esperaría un aumento de humedad acorde al aumento en porcentaje de harina reemplazada al momento en que el producto sale del horno. Sin embargo, aunque los valores de humedad de las muestras con amaranto si son mayores que la muestra control, estas no aumentan de manera acorde al aumento de harina de trigo reemplazada. Este comportamiento podría darse gracias al proceso de horneado, pues Nieto-Mazzocco en su estudio tampoco obtuvo resultados acordes con lo esperado según literatura y analizó que esto podía ser debido al hecho de que el producto no creció apropiadamente y resultó en una masa compacta que no permitió que el exceso de humedad se evaporara durante el horneado [11]. Por otro lado, se observa que al pasar de los días las muestras absorben más humedad, pues en el día 7 todos los productos tienen un valor mayor al del día 1. Normalmente, a medida que el tiempo de almacenamiento del producto aumenta, el contenido de agua disminuye. Sin embargo, el comportamiento del agua se puede ver muy afectado por el empaque, si este representa una excelente barrera contra humedad, el contenido de agua no disminuirá [13]; este comportamiento también se puede ver afectado si las condiciones de almacenamiento no impiden el contacto del producto con el ambiente.

4.5 Evaluación sensorial Para el análisis sensorial se escogieron cuatro formulaciones: 10%, 50% y 100% de harina de trigo reemplazada y la muestra control, ya que las dos primeras presentaron comportamientos fisicoquímicos aceptables y similares a la torta hecha solo harina de trigo, y la torta de harina de amaranto se analizó ya que se quería observar su aceptabilidad, cabe resaltar que esta evaluación sensorial fue llevada a cabo visualmente y los evaluadores no probaron ninguna muestra. Los resultados de los 4 atributos principales (color, aparienca, esponjosidad y aceptabilidad general) se encuentran en la tabla 7.

Tiempo (días) Control 10% 30% 50% 65% 80%1 38.82 46.29 43.19 41.56 47.96 46.197 41.92 50.18 48.12 48.69 48.35 51.59

TABLA 7. Evaluación sensorial de las tortas

Muestra Color Apariencia Esponjosidad Aceptabilidad

Control 4.7 (2.4)- 5.6 (1.8). 6.8 (2.1)/ 6.1 (2.1).

10% 6.5 (2.2)/ 6.7 (1.8)/ 6.3 (2.0)/ 6.7 (2.2)/

50% 5.7 (2.0). 5.4 (1.8). 5.2 (2.1). 5.7 (2.4)- 100% 5.7 (1.9). 5.1 (1.7). 4.7 (1.9). 5.5 (2.1)-

* Letras diferentes en la misma columna indican diferencias significativas (p<0.05) según la prueba LSD de fisher realizada mediante un análisis ANOVA. Los valores en paréntesis son las desviaciones estándar. A partir de los resultados mostrados en la tabla 7 es posible afimar que todos los atributos presentan diferencias significativas entre muestras. En el caso del color se tiene que la muestra preferida por los evaluadores fue aquella con 10% harina de trigo reemplazada y que esta es significativamente diferente a las otras tres muestras. Los demás atributos presentan comportamientos similares, es decir, la muestra del 10% es la preferida, sin embargo, únicamente en la evaluación de la esponjosidad esta es estadísticamente igual a la muestra control. Estos resultados permiten inferir que una torta con un reemplazamiento parcial de harina de amaranto sería bien aceptada por los consumidores, teniendo en cuenta que la muestra control contiene los ingredientes que comúnmente contienen las tortas en el mercado actual. Adicionalmente, es posible ver que no hay diferencias significativas en los atributos de las muestras 50 y 100% harina de amaranto, por lo que un reemplazamiento de un porcentaje que se encuentre entre estos valores sería igualmente aceptado para los atributos mostrados anteriormente. En el estudio realizado por Marchetti en el 2018, donde se reemplazó parcialmente harina de trigo por harina de nuez pecana, se obtuvieron resultados similares en la evaluación sensorial de atributos como color, apariencia, humedad, sabor y aceptabilidad en cuanto a que las preferencias fueron hacia productos que tenían harina de trigo reemplazada, sin embargo, en este caso la muestra con mayores puntajes fue aquella con 30% harina de nuez pecana [16]. Según esto, sería viable analizar la muestra de 30% harina de amaranto para así saber si esta es más aceptada que la del 10%. Por otra parte, en un estudio que tuvo reemplazamiento del 25% de harina de trigo por harina de quinoa, se encontró que no hubo diferencias significativas en cuanto a la aceptabilidad general en la evaluación sensorial, aunque los panelistas asignaron mayores puntajes a la muestra con 25% harina de quinoa que a la muestra control [12]. Con los resultados obtenidos y los encontrados en literatura, se observa que sí hay una buena aceptabilidad hacia tortas con harina de trigo reemplazada a pesar de que estas generalmente no se encuentren en el mercado y que además de que estas harinas reemplazan parcialmente el gluten que contiene la harina de trigo, también generan en los productos diferentes sabores y texturas que gustan más que el producto elaborado solo con harina de trigo. En cuanto a la preferencia de las tortas, el 51.5% de los evaluadores contestaron que preferían consumir la torta con 10% harina reemplazada, seguido de la muestra control, la torta hecha solo con harina de amaranto y, por último, la torta con 50% harina de trigo, esto con unos porcentajes de 21.3, 20.5 y 17.2 respectivamente. No obstante, la muestra control y de 100% harina de amaranto también fueron las que más críticas recibieron, los argumentos para no consumir estas tortas fueron

principalmente que el color de la primera no generaba gusto por probarla ya que parecía cruda y sin sabor y que la torta con 100% de harina de amaranto se veía muy seca y vieja. Se les preguntó a los evaluadores a simple vista cuales tortas creían que contenían únicamente harina de trigo, 50% harina de trigo y 50% harina de amaranto y solo harina de amaranto. Para la primera pregunta el 57.7% acertó, para la segunda el 52% y para la tercera el 55.3%, por lo que se interpreta que las personas son capaces de reconocer y diferenciar qué producto contiene harina de amaranto solo por su apariencia. Después de explicar algunas de las propiedades principales que contiene la harina de amaranto, como su mayor cantidad de proteína y fibra y que es completamente libre de gluten, se les preguntó a los evaluadores con qué porcentaje de harina de amaranto consumirían una torta o si no lo harían, los resultados se muestran en la figura 8.

Fig 8. Resultados encuesta evaluación sensorial Como se puede observar, poco más de la mitad de las personas consumirían una torta hecha únicamente de harina de amaranto dadas sus excelentes propiedades y solo un pequeño porcentaje no agregaría este tipo de harina a una torta. A partir de esto, se preguntó la disposición a comprar una torta que contuviera harina de amaranto teniendo en cuenta que esta sería más costosa que una torta común, a lo que el 78.9% de las personas respondieron que sí. Los valores que estarían dispuestos a pagar se encuentran en la figura 8. Con estos resultados, y teniendo como referencia una torta de 30g hecha solo con harina de trigo y otros ingredientes que comúnmente se comercializa en Colombia con un precio unitario de aproximadamente 600 pesos [56], los consumidores están dispuestos a pagar mucho más por tortas con reemplazamiento de harina de trigo por harina de amaranto dados los beneficios que esta última tiene. Los resultados generales de la evaluación sensorial permiten afirmar que la torta mejor recibida por los evaluadores fue aquella con 10% harina de trigo reemplazada, aunque se esperaba que fuera la muestra control ya que es la más común para los consumidores. Se encontraron diferencias significativas entre la muestra control y la del 10% para 3 de los 4 atributos evaluados, aún así, los mayores puntajes los obtuvo la muestra del 10%. Según esto, es viable realizar un reemplazamiento mayor, variando el porcentaje de harina en intervalos entre el 10% y 50%, ya que más de esto no fue tan bien aceptado. Se debe tener en cuenta que es necesario realizar un análisis sensorial donde los evaluadores puedan probar los productos y así escoger aquel que tenga mejor sabor o cuyo sabor sea más similar a los productos actuales. En cuanto a los precios, aunque la harina de amaranto tiene un mayor costo a la harina de trigo, el consumidor está dispuesto a pagar más por una torta hecha con este tipo de harina.

5. Conclusiones

La harina de amaranto puede usarse como sustituto de la harina de trigo en la preparación de tortas libres de azúcar aportando nutrientes y proteínas dado su alto contenido en fibra. Este mismo contenido genera cambios notorios en propiedades físicas y químicas tanto de la masa como del producto terminado. En cuanto a la textura de la torta el producto aumenta su elasticidad debido a la fibra presente, mientras que la dureza disminuye cuando el amaranto se hace más presente posiblemente debido a un tipo de proteína que contiene el amaranto, llamada albúmina, que actúa de manera similar al gluten y vuelve el producto más suave. Los resultados reológicos demuestran una masa más viscosa y con comportamiento pseudoplástico lo cual se ajusta a lo esperado según revisión bibliográfica. Esta investigación sugiere una posible sustitución de harina de trigo por harina de amaranto con características similares a aquellos productos hechos 100% con harina de trigo. El porcentaje de sustitución que más se asemejó a la muestra control fue la de 50% en cuanto a dureza, gomosidad y masticabilidad. Por ende, aunque este producto tenga características similares a un producto hecho solo con harina de trigo, sí tiene un aporte protéico mayor y puede generar menos daño a las personas con diabetes al no generar un aumento en los niveles del índice glicémico, es por esto que este producto es conveniente para personas que padezcan esta enfermedad. La evaluación sensorial mostró que la torta con mayores puntajes para los atributos color, esponjosidad, apariencia y aceptabilidad general fue la muestra con 10% harina de trigo reemplazada y que esta mostraba diferencias significativas con la muestra control. Los evaluadores fueron capaces de identificar a simple vista cuáles tortas tenían qué porcentaje de harina reemplazada y se muestran dispuestos a pagar un precio mayor por una torta que contiene harina de amaranto gracias a las propiedades que esta posee.

6. Recomendaciones Para un próximo trabajo se recomienda realizar las pruebas de reología para todas las masas con el fin de conocer el comportamiento exacto de todos los reemplazamientos, también se recomienda almacenar los productos en ambientes con humedad controlada para poder realizar un mejor estudio de humedad en el producto. Es muy recomendable realizar una evaluación sensorial donde los evaluadores puedan probar las muestras y asignarles un valor dependiendo de su sabor y gusto. Adicionalmente, se puede agregar otro tipo de ingredientes a las tortas para mejorar su sabor o incluso su color, como esencias naturales o algún tipo de fruta, siempre manteniendo el producto lo más natural posible. Un estudio interesante sería agregar cacao en polvo a las mezclas y analizar el contenido de polifenoles presentes y si estos cambian al agregar harina de amaranto y/o cacao, esto generaría un valor agregado al producto final.

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