Cambios nutricionales en la elaboración de snacks expansionados mediante extrusión

Los snacks extrusionados son un sector en constante crecimiento y, se han convertido en los últimos años, en productos objetivo para mejorar su composición nutricional a través de la fortificación, incorporación de fuentes de fibra, reducción de la cantidad de sal, azúcar y/o grasa.

Por las características de los procesos de extrusión para obtener este tipo de productos y, por las ventajas nutricionales que se pueden obtener mediante su utilización, esta tecnología se convierte en una forma de procesado para la elaboración no solo de snacks expandidos, también de cereales de desayuno, harinas precocidas, alimentos infantiles y proteínas texturizadas.

Sector de snacks

El mercado demanda alimentos menos procesados y con incorporación de componentes más naturales. La industria alimentaria demanda tecnologías de procesamiento mínimo, que aporten un valor añadido, que permitan conservar y potenciar las cualidades nutricionales de ingredientes y productos y que mejoren los aspectos organolépticos de los alimentos.

Bajo estas premisas, encontramos una tecnología que facilita muchos de estos procesos. La tecnología de extrusión es la técnica de procesado más ampliamente utilizada en la industria alimentaria para desarrollar productos con características nutricionales, funcionales y sensoriales únicas. La selección de los componentes, la formulación de los productos y las variables de proceso van a afectar a la calidad final de los productos.

Extrusión para la obtención de snacks

El proceso de extrusión comprende una serie de operaciones como son el mezclado, cocido, amasado, cizallado y formado (Kaur, Singh, Sodhi, & Gujral, 2002; Xu et al., 2016). Los parámetros principales de la técnica, que van a tener un marcado efecto sobre las calidad y aceptación sensorial del producto, son la humedad, la temperatura del barrel o zona de cocción, la velocidad de giro de los husillos y la dosificación del material. Mediante la regulación de estos parámetros, se puede lograr un control en el proceso de mezclado, transferencia de calor, grado de cocción, grado de cizalla y formado del alimento.

Los cambios nutricionales que se producen como consecuencia del desarrollo de snacks tienen un interés centrado en la obtención de una buena calidad de producto. Sin embargo, el estudio de la prevención de la degradación de determinados nutrientes, junto con el interés en la mejora en la digestibilidad del almidón o de la proteína son de gran importancia para determinadas aplicaciones.

La extrusión permite la inactivación de determinados compuestos antinutricionales o factores tóxicos y de enzimas responsables del deterioro de alimentos que están naturalmente presentes en las materias primas. El efecto sobre los ingredientes de la aplicación de los procesos de extrusión, dependerá de las variables utilizadas (temperatura, velocidad de los husillos, configuración de estos, presión alcanzada, energía mecánica aplicada), así como de las propiedades de las materias primas de origen (tipo de ingredientes, mezclas y sus proporciones, tamaño de partícula, contenido en humedad).

Las cualidades deseables para los snacks extrusionados son, principalmente, un alto índice de expansión y baja densidad aparente (Gupta, Bawa, & Semwal, 2008). Concretamente, el fenómeno de expansión en estos productos depende de la diferencia de presión entre la salida del extrusor y la presión atmosférica. Las condiciones del proceso, especialmente el agua y la temperatura, así como la composición de la materia prima, van a determinar cómo fluye la masa en el interior y, por tanto, el tiempo de residencia de la mezcla y, por ende, cómo se han modificado los ingredientes.

Son precisamente estos cambios que se producen los que dan lugar a referencias exclusivas y ofrecen la posibilidad de modificar propiedades nutricionales y funcionales de materias primas, creando nuevas oportunidades de producto.

Cambios nutricionales durante los procesos de extrusión

La retención en mayor o menor medida de la calidad nutricional de las materias primas de partida dependerá de la interrelación entre todos los factores mencionados y es objeto de continua investigación en este campo para obtener nuevas aplicaciones.

En líneas generales, la técnica de extrusión provoca que el material amiláceo con características de expansión y el material proteico se modifique bajo condiciones de proceso determinadas para dar lugar a una forma única de preparar nuevos productos (Liu et al., 2011). Así, se consigue la gelatinización del almidón, se disgregan las proteínas y se forman complejos entre lípidos, almidón y proteínas que dan lugar a cambios en la microestructura, las características químicas además de la forma macroscópica final del producto (Dalbhagat, Mahato, & Mishra, N. 2019). Las propiedades funcionales como la absorción/retención de agua, la solubilidad, el índice de expansión, la densidad aparente y la viscosidad de los productos extrusionados se relacionan con las modificaciones que tienen lugar a nivel molecular durante el proceso (Lazou & Krokida, 2010).

Mantener los nutrientes de las materias primas originales durante el proceso de extrusión o mejorar algunos aspectos nutricionales es el objeto de esta revisión en cuanto al efecto del proceso sobre los macronutrientes.

Hidratos de carbono

El almidón o fécula es el principal hidrato de carbono de estos productos. Esta macromolécula en estado nativo está compuesta por capas cristalinas y amorfas, encontrándose en forma de gránulos ovoides. Está constituida por dos tipos de cadenas poliméricas (Figura 1), unas largas y lineales, que forman la amilosa; y otras ramificadas en forma arborescente que forman la amilopectina y suponen el 70%-80% del peso del mismo (Chargelegue, Guinet, Neyreneuf, Onno, & Pointrenaud, 1994).

El proceso de extrusión afecta de manera importante a los carbohidratos, especialmente al almidón, ya que durante el proceso puede gelatinizar o puede degradarse. La conversión de esta sustancia nativa en cocida y digerible mediante la aplicación de agua y calor, es uno de los efectos importantes de la extrusión (Ding, 2005). Es precisamente el grado de gelatinización de los gránulos de almidón y su grado de ruptura molecular los que van a determinar gran parte de los aspectos de calidad en el producto final. Debido precisamente a la gelatinización de esta macromolécula y a la hidrolización parcial, la extrusión se puede utilizar como un método para obtener harinas o almidones con propiedades funcionales modificadas. De hecho, se ha evaluado la aplicación de este proceso dirigido a generar almidón resistente que produce como consecuencia de la retrogradación de esta sustancia gelatinizada. Este tipo de ingrediente, resiste la digestión en el intestino delgado y puede ser digerido en el intestino grueso, donde es fermentado por la microflora del colon (Niba, 2002). Son varios los beneficios relacionados con la salud asociados a la fermentación del almidón resistente en el colon, entre ellos la reducción del riesgo de padecer cáncer de colon (Kim, Tanhehco, & Ng, 2006), por lo que su producción y consumo tienen un impacto comercial reseñable.

Cuando los materiales ricos en fécula se someten a estos procesos se produce, además de la gelatinización del almidón, la degradación de la estructura cristalina, la fragmentación de los polímeros de almidón y la formación de complejos almidón-lípidos y/o almidón-proteínas (Hagenimana, Ding, & Fang, 2006).

La gelatinización de esta sustancia se produce a bajas concentraciones de agua durante el proceso de extrusión comparado con otros procesos y tiende a incrementarse con temperaturas altas, cuando aumenta la fuerza de cizalla que se produce y la presión sobre las materias.

La fécula contenida en harinas de cereales y de leguminosas se hidroliza más rápidamente que en el caso de los purificados, probablemente debido a que las amilasas endógenas están activas durante las primeas fases del proceso de extrusión (Cheftel, 1986). La digestibilidad de este ingrediente también se ve puede ver incrementada después de los procesos de extrusión debido a la despolimerización de este.

Proteínas

Gran parte de las proteínas sufren procesos de desdoblamiento y/o enlaces durante estos procesos como consecuencia de la humedad y de las fuerzas de cizalla aplicadas (Cheftel, 1986). En general, la extrusión supone un incremento de la digestibilidad de las proteínas debido a la desnaturalización de estas (Cheftel, 1986), como se ha comentado anteriormente. Durante los tratamientos térmicos tiene lugar este hecho. La naturaleza y tipo de proteínas, así como el grado de desnaturalización son factores importantes que pueden influir en la funcionalidad de las harinas de leguminosas (Wu & Inglett, 1974).

Por otra parte, y en función de las condiciones de proceso, aminoácidos originarios en materias primas como la lisina, pueden verse reducidos debido a la reacción con azúcares presentes en la formulación o con azúcares reductores que provienen de la degradación del almidón, dando lugar a la denominada reacción de Maillard. La cantidad y tipo de azúcares presentes en la formulación influencia la estabilidad de los aminoácidos durante el proceso de extrusión (Camire, 1998).

Fibra

La modificación de la solubilidad de la fibra o cambios en su estructura química durante estos procesos puede dar lugar a una modificación de interés en sus propiedades fisiológicas. Esta modificación está relacionada con el incremento en la concentración final de fibra dietética soluble en el producto extrusionado. De hecho, los procesos de extrusión han sido ampliamente investigados con la expectativa de que la ruptura mecánica de los enlaces glucosídicos favorezca un aumento en el contenido de fibra soluble (Lue, Hsieh, & HuV, 1991).

El efecto del proceso de extrusión sobre materias ricas en fibra depende del tipo que sea, procedencia, tipo de extrusor y condiciones del proceso. Existen diferentes teorías relacionadas con los mecanismos que durante el proceso de extrusión tienen efecto sobre esa disminución de la fibra dietética insoluble y estos mecanismos pueden ocurrir simultáneamente como la exposición al estrés propio de la cizalla del proceso, formación de complejos entre polisacáridos y lípidos que son cuantificados como fibra o la dependencia de este efecto con las condiciones utilizadas en los procesos.

Actualmente, la incorporación de fibra de distintas procedencias con objeto de fortificar los productos está sujeto a la optimización de las condiciones de proceso para modificar la composición de esta y obtener un producto nutricionalmente más adecuado y sensorialmente más agradable.

Lípidos

Los lípidos polares (ácidos grasos, mono o diacilglicéridos) se sabe que forman complejos con la amilosa durante el proceso de extrusión de mezclas de cereales (Mercier, 1980), que mejoran las propiedades funcionales, por ejemplo, reduciendo la viscosidad en snacks y, por tanto, evitando que tengan texturas pegajosas.

En definitiva, mediante el uso del equipo adecuado de extrusión, el uso optimizado de los procesos y la selección de las materias primas, se pueden lograr efectos nutricionales de gran valor para el desarrollo de snacks expansionados.

Referencias:

Camire, M. E. (1998). Chemical changes during extrusion cooking. In Process-induced chemical changes in food (pp. 109-121). Springer, Boston, MA.

Chargelegue, A., Guinet, R., Neyreneuf, O., Onno, B., & Pointrenaud, B. (1994). La fermentation. La panification française. R. Guinet e B. Godon, ed. Lavoisier, Paris, 281-325.

Cheftel, J. C. (1986). Nutritional effects of extrusion-cooking. Food chemistry, 20 (4), 263-283.

Singh Gujral, H., & Singh, N. (2002).

Dalbhagat, C. G., Mahato, D. K., & Mishra, H. N. (2019). Effect of extrusion processing on physicochemical, functional and nutritional characteristics of rice and rice-based products: A review. Trends in Food Science & Technology, 85, 226-240.

Gupta, M., Bawa, A. S., & Semwal, A. D. (2008). Effect of barley flour on development of rice-based extruded snacks. Cereal Chemistry, 85(2), 115-122.

Hagenimana, A., Ding, X., & Fang, T. (2006). Evaluation of rice flour modified by extrusion cooking. Journal of Cereal Science, 43(1), 38-46.

Kim, J., Tanhehco, E., & Ng, P. (2006). Effect of extrusion conditions on resistant starch formation from pastry wheat flour. Food Chemistry, 99(4), 718-723.

Lazou, A., & Krokida, M. (2010). Structural and textural characterization of corn–lentil extruded snacks. Journal of Food Engineering, 100(3), 392-408.

Liu, C., Zhang, Y., Liu, W., Wan, J., Wang, W., Wu, L., ... & Yin, Z. (2011). Preparation, physicochemical and texture properties of texturized rice produce by improved extrusion cooking technology. Journal of Cereal science, 54(3), 473-480.

Lue, S., Hsieh, & Huff, H. E. (1991) Extrusion cooking of cornmeal and sugar beet fiber: Effects on expansion properties, starch gelatinization, and dietary fiber content. Cereal Chemistry, 68, 227-234.

Mercier, C., Charbonniere, R., Grebaut, J., & De la Gueriviere, J. F. (1980). Formation of amylose-lipid complexes by twin-screw extrusion cooking of manioc starch. Cereal Chem, 57(1), 4-9.

Niba, L. (2002). Resistant starch: a potential functional food. Nutrition and Food Science, 32, 62-67.

Sharma, P., Gujral, H. S., & Singh, B. (2012). Antioxidant activity of barley as affected by extrusion cooking. Food Chemistry, 131(4), 1406-1413.

Singh Gujral, H., & Singh, N. (2002).Extrusion behaviour and product characteristics of Brown and milled rice grits. International Journal of Food Properties, 5(2), 307–316.

Kaur, L., Singh, N., Sodhi, N. S., & Gujral, H. S. (2002). Some properties of potatoes and their starches I. Cooking, textural and rheological properties of potatoes. Food chemistry, 79(2),

Xu, E., Wu, Z., Pan, X., Long, J., Wang, F., Xu, X., Jin, Z., & Jiao, A. (2016). Effect of enzymatic (thermostable α-amylase) treatment on the physicochemical and antioxidant properties of extruded rice incorporated with soybean flour. Food Chemistry, 197, 114–123.