Efecto de la fibra extrusionada sobre el color y la calidad sensorial del pan

La incorporación de fibra ocasiona alteraciones en las propiedades reológicas de las masas, concretamente de la red de gluten y los consiguientes defectos sobre los atributos de textura del pan (Noort et al., 2010), la reducción del volumen de las piezas por la disminución de la retención de gas (Katina et al., 2006), una textura arenosa desagradable en boca (Hung, Maeda, & Morita, 2007), incremento en la dureza de la miga, un color más oscuro en la corteza y la reducción de la tolerancia a la fermentación (Gan et al., 1992; Lai et al., 1989). Wang et al. (2003) establecieron que las fibras actúan mediante una combinación de mecanismos físicos y químicos dentro de las masas generando una serie de inconvenientes que se traducen en defectos sobre la calidad final del pan y las propiedades sensoriales en parámetros como el volumen, la firmeza, el color y el sabor (Chen, Rubenthaler, Leung, & Baranowski, 1988; Collar et al., 2007; Fadda et al., 2014; Gray & Bemiller, 2003; Katina et al., 2006; Pomeranz et al., 1977).

Para obtener una buena aceptación sensorial del pan es necesario tener en cuenta que sus atributos de textura son muy importantes para los consumidores (Hersleth, Berggren, Westad, & Martens, 2005) y que el olor y el flavor son las propiedades que dirigen la percepción de la frescura del pan (Heenan, Dufour, Hamid, Harvey, & Delahunty, 2008). En el estudio realizado por Bakke & Vickers (2007) comparando panes equivalentes entre harinas refinadas e integrales, concluyeron que las características sensoriales podrían suponer una barrera para el consumo de los productos elaborados a partir de trigo integral, pero que la modificación de los ingredientes o de los procesos podían incrementar la aceptabilidad de estos productos.

Por otra parte, la valorización de subproductos de molinería, como el salvado de trigo, supone una ventaja competitiva para la sostenibilidad del sector minimizando el impacto ambiental y dándole un nuevo uso. El salvado de trigo es una fuente de fibra de origen natural, abundante y económica que puede servir para incrementar el nivel de fibra dietética en productos de panadería. En general, el salvado de trigo está compuesto por las diferentes capas externas del trigo y es un material complejo con una estructura y composición características (Hemery et al., 2010). Se ha observado que los productos en los que se ha incorporado el salvado de trigo, tienen una baja aceptación por parte de los consumidores, en especial, en lo que se refiere a la sensación en boca y a la textura (Long, Ye, & Zhao, 2014).

Para afrontar el reto tecnológico de la inclusión de fibra en pan y, con el fin de minimizar el efecto de la incorporación del salvado sobre la calidad sensorial de los panes, a la vez que se obtienen las ventajas nutricionales de la incorporación de fibra, se plantean tratamientos previos alternativos que modifiquen su estructura. Los tratamientos hidrotérmicos, como la extrusión, combinan altas temperatura con la aplicación de energía mecánica a humedades relativamente bajas y cortos tiempos de residencia que inducen cambios sobre las materias, como la fragmentación de las proteínas, la inactivación enzimática o la reacción de Maillard (Camire, Camire, & Krumbar, 1990) que pueden derivar en ingredientes para distintas aplicaciones.

Materiales y métodos

Para la elaboración de los panes se utilizó harina de trigo refinada comercial (HT) (14 % de humedad y 11 % proteína), salvado de trigo molido (ST) y salvado de trigo extrusionado molido (STE). Se utilizó también otros ingredientes de origen comercial levadura deshidratada, mejorante panario, sal y agua de la red.  El salvado de trigo comercial se extrusionó en un equipo semiindustrial Bühler ( Bühler S.A., Uzwil, Suiza) monohusillo incorporando agua con un caudal de 4,8 l/h y una temperatura media a la salida del equipo de 180º C.

Después del proceso de extrusión, el salvado se secó en un secadero de aire caliente por convección y se molió utilizando un molino de martillos hasta un tamaño de partícula aproximado de 250 µm. El salvado obtenido fue envasado en bolsas de polietileno y se mantuvo a temperatura ambiente hasta el momento de su uso. La composición del salvado de trigo es de 18,97% proteínas, 4,24% grasa, 45,78% de fibra dietética total (42,01% fibra insoluble y 3,77% fibra soluble) y 0,11% de sacarosa, mientras que la composición del salvado después del proceso de extrusión resultó ser 18,30% proteínas, 2,81% de grasa, 45,25% de fibra dietética total (40,57% fibra insoluble y 4,67% fibra soluble) y 2,28% de sacarosa.

Se evaluó la microestructura de ST y STE mediante microscopía electrónica de barrido (SEM, Scanning Electron Microscopy) con un microscopio (FEI QUANTA 200). Las muestras fueron preparadas y colocadas en un adhesivo de doble cara y cubierto por una capa en un evaporador Emitech K550X y valoradas a 1.000x.
El índice de absorción de agua (WAI) y el índice de solubilidad en agua (WSI) del salvado y del salvado extrusionado se determinaron por el método propuesto por Anderson, Conway, Pfeiffer & Griffin (1969). Siguiendo las ecuaciones:

• WAI (g/g) = peso de gel / peso seco de la muestra
• WSI (%) = (peso de sólidos secos en el sobrenadante / peso seco de la muestra) × 100

El salvado de trigo (ST) y el salvado de trigo extrusionado (STE) se mezclaron con harina de trigo comercial en porcentajes de 5, 10 y 15% para elaborar esos panes y además, se preparó un pan control sin sustitución con salvado de trigo. Para la panificación se utilizaron equipos domésticos de elaboración de pan (Funai) utilizando un programa propio denominado “programa básico de funcionamiento” en el que se produce un mezclado de los ingredientes durante 15 minutos, una fermentación de 60 minutos, un segundo batido de 24 minutos, una segunda fermentación de 20 minutos y un tiempo de cocción de 60 minutos.

La fórmula básica de referencia consiste en 500 g de harina de trigo, 315 g de agua, 7,5 g de levadura deshidratada, 8,5 g de sal y 2,4 g de mejorante panario. En las mezclas que contienen salvado, la cantidad de agua tuvo que ser ajustada. El color de la miga y de la corteza se midió utilizando un colorímetro Konica Minolta CM-3500d, Minolta Corporation (Osaka, Japón) con iluminante D65.  Se recogieron los valores de luminosidad (L*), coordenada cromática a* (+a* rojo, -a* verde) y coordenada cromática b* (+b* amarillo, -b* azul) por triplicado para cada uno de los panes, realizando las medidas en distintos puntos para corteza y miga.

La valoración sensorial del pan control y los panes elaborados con ST y STE se llevó a cabo con 20 panelistas (personal de Fundación CARTIF) a través de la evaluación de los siguientes atributos de calidad: apariencia, color, aroma, textura, sabor y aceptación general. La valoración de cada uno de los atributos se realizó mediante una escala de 9 puntos, donde 9 es la máxima puntuación y 1 la mínima. Los panes se consideraron aceptables si en la aceptación global la puntuación superaba el valor 5 (ni me gusta, ni me disgusta).

Cambios nutricionales y físicos después de la extrusión del salvado

El salvado después de la extrusión presentó una redistribución de la fibra dietética y un incremento en el contenido en sacarosa. Concretamente, un incremento en el contenido de fibra dietética soluble (FDS) y una disminución de la fibra dietética insoluble (FDI) que puede atribuirse a la acción termomecánica del proceso durante el cual se produce una transformación de parte de la FDI a FDS (Camire et al., 1990; Gajula, Alavi, Adhikari, & Herald, 2008; Theander & Wasterlund, 1987) y puede ser debida a la fragmentación o a alguna forma de degradación de la celulosa y lignina, componentes mayoritarios de la FDI. Sin embargo, la disminución de la FDI es mayor que el incremento en la FDS, lo que implica que una proporción de la FDI se ha fragmentado en partículas de bajo peso molecular que han podido transformarse en azúcares durante la extrusión de acuerdo con la afirmación de Gajula et al. (2008) y así concuerdacon el incremento en el contenido de sacarosa obtenido en el STE.

Los parámetros WAI y WSI también son importantes para describir y medir las interacciones entre los ingredientes y el agua. En la Tabla 1 se muestran los valores de WAI y WSI para ST y STE. Se aprecia que el valor de WAI del salvado de trigo ha experimentado un ligero incremento después de la extrusión, pero no fue significativo.
Las imágenes seleccionadas obtenidas mediante SEM permiten visualizar las diferencias que se presentan en la microestructura del salvado de trigo original y el salvado de trigo extrusionado como consecuencia del efecto de la extrusión (Figura 1). En el salvado de trigo (Figura 1, izquierda) se puede apreciar la estructura de las fibras y cómo se modificaron después de la extrusión (Figura 1, derecha) formando estructuras más aglomeradas y con una superficie más lisa.

Propiedades de color de la corteza y la miga

Los parámetros de color (L*, a* y b*) para la miga y corteza del pan control y los panes en los que se ha incorporado ST y STE se muestran en la tabla 2.
Se observa que la incorporación de ST y STE afecta al color de la miga de manera significativa. A medida que se sustituye la harina por salvado, extrusionado o no, el valor de L* disminuye respecto al control y los tonos rojizos (a*) y amarillos (b*) aumentan de manera significativa.

Tuncel, Yılmaz, Kocabıyık & Uygur (2014) también observaron que el valor de L* era significativamente menor en panes suplementados con 10% de salvado de arroz tratado mediante infrarrojo respecto al pan control. Abdul-Hamid & Luan (2000) observaron una miga más oscura tras la adición de un 10% de fibra dietética preparada a partir de salvado de arroz.
El color de la miga está determinado por el color de los ingredientes empleados (Gómez et al., 2011). El salvado de trigo tiene un color marrón rojizo, por lo que era de esperar que a medida que se vaya incorporando en concentraciones crecientes, se produzcan coloraciones más oscuras y más rojizas. STE tiene una coloración más oscura que el ST debido a la reacción de Maillard que se ha producido durante el tratamiento de extrusión.

El valor de L* de la miga descendió significativamente en los panes con 10 y 15% de STE de acuerdo con Abdul-Hamid & Luan (2000) que observaron un color más oscuro en la miga de pan en la que habían añadido un 10% de salvado de arroz desgrasado. El valor de la luminosidad (L*) juega un papel fundamental en el desarrollo de productos de panadería debido a la preferencia de los consumidores por los productos de aspecto más brillante (Feili, Abdullah, & Yang, 2013). El color rojizo (a*) y amarillo (b*) aumentaron significativamente con la incorporación de STE.
El color de la corteza de los panes con STE es más oscuro que en los elaborados con ST.

El mismo resultado fue observado por Gill, Vasanthan, Ooraikul & Rossnagel, (2002) para panes elaborados con harinas extrusionadas. El color de la corteza del pan está típicamente asociado a la reacción de Maillard y a las reacciones de caramelización debido a que durante su elaboración se alcanzan temperaturas superiores a 100º C. La incorporación de fibra, el tipo de fibra así como el porcentaje de fibra incorporada también tienen influencia en el color de la corteza.

La tonalidad rojo-marrón del salvado implica que, cuanto mayor es el porcentaje de sustitución, la corteza del pan tendrá una coloración más oscura. En el caso de STE, el efecto es más marcado por la reacción de Maillard que ha tenido lugar durante el proceso de extrusión y por la mayor presencia de azúcares reductores en este salvado. Curti el al. (2013) determinaron que las incorporaciones de fracciones de salvado en la formulación del pan alteraban significativamente el color de la corteza, disminuyendo la luminosidad (L*) y aumentando los tonos rojizos (a*). Irakli, Katsantonis & Kleisiaris (2015) encontraron que en los panes en los que se sustituía harina de trigo por salvado de arroz térmicamente estabilizado en porcentajes del 10 y 15% se producía un descenso en la luminosidad y los valores de a y b eran mayores.

Valoración sensorial

Los atributos sensoriales del pan control y de los panes elaborados con diferentes porcentajes de ST y STE se muestran en la Tabla 3.
Los panelistas valoraron mejor la calidad del pan control, aunque tanto el pan con salvado de trigo como con salvado extrusionado son considerados aceptables (puntuación por encima de 5).
La valoración de la apariencia se reduce a medida que se incorpora ST y STE, siendo más baja la puntuación para los panes con STE debido a que la estructura de la miga es más cerrada, como efecto de la modificación de la textura por efecto de la fibra y como se refleja en la coloración de corteza y miga que resultaron más oscuras. La textura de la miga es uno de los parámetros más relevantes de calidad en productos de panadería debido a que se relaciona con la frescura del pan. La puntuación más alta para el valor de textura la obtuvieron el pan control seguido del pan con un 5% de STE. Las diferencias encontradas en textura y apariencia entre el pan control y el pan con ST o STE se deben a la coloración más oscura y al menor número de alveolos formados en el proceso de elaboración.

La inclusión del ST y STE reduce las puntuaciones en la valoración del sabor respecto al pan control. Este resultado era esperado considerando que los panelistas están acostumbrados a las propiedades sensoriales del pan blanco. La incorporación de STE probablemente confirió un sabor a tostado que no tienen los panes con ST, lo que influyó en una valoración más positiva de estos panes frente a los que contienen ST. El sabor a tostado puede atribuirse a la reacción de Maillard y a la caramelización durante el proceso de extrusión (Kroh, 1994). A medida que se incrementó el porcentaje de ST y STE, la aceptación global de los panes disminuyó respecto al control, siendo mejor valorados los panes con STE frente a los ST. Coda, Rizzello, Curiel, Poutanen & Katina (2014) indicaron que la incorporación de un 15% de salvado en el pan incrementa la intensidad del flavor, la pungencia, el retrogustro y la sensación terrosa en boca.

Los panes en los que se incorporó ST y STE en proporciones del 5, 10 y 15% superaron la aceptación global mínima de 5, siendo el pan con 5% de STE el mejor valorado. La incorporación del salvado de trigo extrusionado modificó el comportamiento reológico de las masas (datos no mostrados) lo que dio lugar a modificaciones en la textura final del pan que afectaron a la valoración sensorial.

Conclusiones tras el enriquecimiento con salvado

La aplicación de la extrusión sobre el salvado de trigo modificó de manera significativa la composición química, disminuyendo el contenido de fibra dietética insoluble y aumentando el de la fracción soluble, reduciendo el contenido de lípidos e incrementando la presencia de sacarosa. Desde el punto de vista funcional, los cambios inducidos por la extrusión modificaron la morfología interna de los componentes del salvado evidenciando la gelatinización del almidón y la modificación de la estructura de la fibra lo que supuso un incremento en la capacidad de absorción de agua por parte del salvado extrusionado y las consecuentes modificaciones en el desarrollo de las masas.

La incorporación del salvado y salvado extrusionado, dio lugar a un detrimento en el aspecto visual de los panes, causado por una reducción de la luminosidad de la corteza y la miga, y por la aparición de tonos más rojizos a medida que se incrementaba la sustitución de harina con salvado. El pan enriquecido con salvado de trigo extrusionado tuvo mejor aceptación sensorial que el pan con salvado y mejores propiedades de firmeza (el pan resultó más blando). En el presente estudio, la influencia de la incorporación de salvado, con independencia de si es extrusionado o no, es más marcada en la miga puesto que el color de la corteza está más influenciado por la reacción de Maillard.

La incorporación de salvado de trigo extrusionado en un porcentaje del 10% representa el equilibrio entre las cualidades tecnológicas (datos no mostrados), las propiedades de color y las propiedades sensoriales, y puede ser utilizado con éxito en la elaboración de pan para incrementar el contenido de fibra total y retrasar el envejecimiento del pan en términos de firmeza. Las propiedades de textura de los productos con fibra añadida pueden ser compensadas mediante la incorporación de coadyuvantes de panadería tales como gluten, emulsificantes o enzimas, a la vez que optimizan el proceso de panificación.