El papel de las proteínas en las propiedades de los productos extrusionados

La elaboración de productos de aperitivo o snacks expandidos mediante la tecnología de extrusión está ampliamente extendida. Estos productos de alimentación son parte de nuestra dieta y su consumo sigue en auge. Sin embargo, tradicionalmente se han considerado productos de baja calidad nutricional y, por ello, se ha propuesto la revisión de su valor en términos nutricionales, con la creciente consciencia de la importancia de la relación dieta-salud.

Los parámetros físicos y la textura son propiedades críticas con una influencia directa en la aceptación final de los productos por parte de los consumidores. Estas propiedades están directamente relacionadas con las materias primas utilizadas, la formulación del producto y los parámetros del proceso de extrusión.

La incorporación de ingredientes ricos en proteínas o con alto contenido en fibra en las clásicas formulaciones de estos productos, donde el contenido amiláceo es elevado y constituye el núcleo de las formulaciones para rendir una calidad organoléptica adecuada, supone un impacto negativo sobre las cualidades sensoriales y sobre los parámetros tecnofuncionales de los que depende la aceptación del producto. 

Por todo ello, la creación de snacks expandidos nutricionalmente mejorados y con las características de calidad adecuadas supone todo un reto y la evaluación profunda de una serie de consideraciones de proceso y materias primas que merecen una revisión 

Proceso de extrusión: variables y parámetros de calidad en producto

La extrusión es un compendio de operaciones unitarias en las que se logra la transformación de materias crudas en un producto a través del control de las condiciones de proceso. Como consecuencia del proceso termomecánico al que se someten dichas materias primas, se producen cambios físicos sobre las mismas como la variación en la capacidad de absorción de agua, y procesos de expansión, entre otros. También se producen cambios de carácter químico como puede ser la desnaturalización de proteínas, gelatinización del almidón, solubilización de fibra, reacción de Maillard por efecto de las condiciones del proceso sobre la materia prima. El conjunto de todos los efectos da lugar a la formación de una textura expandida, crujiente y con unas cualidades sensoriales óptimas. 

Las variables del proceso de extrusión influyen en la calidad del producto final y, a la vez, permiten modular las propiedades del mismo en cuanto a aspectos nutritivos, calidad y sensoriales. 

La calidad de los productos extrusionados se correlaciona de forma directa con parámetros como el ratio de expansión, la densidad aparente, la microestructura así como las propiedades relacionadas con la textura (Philipp, Oey, Silcock, Beck, & Buckow, 2017; Tas & Shah, 2021). Estos atributos son el resultado de la sucesión de fenómenos que ocurren de manera continua y simultánea durante el proceso de extrusión. 

Algunos investigadores indican que la velocidad que se imprime a través de los husillos es el parámetro con más influencia sobre las propiedades finales de producto (Neder-Suárez et al., 2021). En concreto, la aplicación de velocidades altas de tornillo tiene un efecto positivo en la expansión del producto y reduce la densidad del mismo.

Ingredientes y calidad del producto: efecto del enriquecimiento con proteínas

La fórmula y sus componentes tienen una alta influencia en las características finales del producto. Este tipo de alimentos se caracteriza por estar elaborado a partir de cereales con un alto contenido en almidón como el maíz o el trigo, por lo que su contenido en carbohidratos totales es elevado y así, su índice glucémico (Philipp, Oey, et al., 2017; Tomaszewska-Ciosk et al., 2019). 

Para responder a la demanda de productos de snacks enriquecidos con proteínas y convertirlos en productos más equilibrados nutricionalmente, se ha propuesto el enriquecimiento con fuentes de proteínas que pueden ser de origen vegetal, animal incluyendo harinas de insecto y algunas especies de microalgas. Un incremento en el contenido proteico respecto a las fórmulas habituales, tiene un impacto directo en la reducción del grado de expansión y en el incremento de la densidad aparente (Philipp et al., 2017a, 2017b; Téllez-Morales, Herman-Lara, Gomez-Aldapa, & Rodríguez-Miranda, 2020). Estos cambios son percibidos negativamente por el consumidor ya que se traducen en un empeoramiento de la calidad sensorial de los snacks. 

El almidón es el responsable principal de la formación de la estructura aireada característica de estos productos. La incorporación de ingredientes ricos en proteínas afecta al grado o al ratio de expansión. De hecho, se ha observado como la incorporación de harina de soja, suero o proteína de guisante en formulaciones base ricas en almidón tiene un efecto negativo sobre el ratio de expansión (Delić et al., 2023). También relacionado con la expansión, hay otro parámetro, la densidad, que se ve afectado negativamente cuando se incorporan ingredientes ricos en proteínas. La densidad aparente describe el grado de expansión experimentado por la masa fundida a medida que sale del extrusor (Altan, McCarthy, & Maskan, 2008; Ilo, Tomschik, Berghofer, & Mundigler, 1996).

La densidad aparente se ve incrementada en la mayoría de los estudios donde se ha evaluado la incorporación de fuentes proteicas. Estos dos efectos, están íntimamente relacionados con otro efecto negativo que se produce como consecuencia de la incorporación de proteínas y es la modificación de la microestructura. Los snacks expandidos tienen una estructura interna que determina la textura final del producto. La formación de las celdas que constituyen la estructura interna se va a ver alterada como consecuencia del efecto de las proteínas en el momento de la expansión que reduce su tamaño (Bouvier & Campanella, 2014). Este efecto se ha podido observar incluso en la sustitución de bajos porcentajes de proteína por almidón y es debido, principalmente, a que las proteínas interaccionan con el almidón para formar una red más fuerte que limita la expansión de la mezcla formada en el interior del extrusor, de manera que se reduce el número de celdas y el tamaño de las mismas durante el proceso de expansión (Allen et al., 2007; Li et al., 2005). Este efecto tiene un impacto en propiedades como la dureza o la sensación crocante, que están relacionadas con la fuerza necesaria para partir el producto, haciéndolo más duro a la mordida.

Así mismo, cuando se incorporan fuentes proteicas, se modifican valores tecnofuncionales como la capacidad de absorción de agua o el índice de solubilidad en agua que representan valores relacionados con la calidad de los productos.

Consideraciones

Los productos de snack expandidos tradicionalmente son ricos en hidratos de carbono. La tendencia en el desarrollo de estos productos está marcada por líneas más saludables donde la composición nutricional cuente con un contenido balanceado de nutrientes, rico en proteínas y en otros nutrientes, y con reducido contenido de sal y/o azúcar. El enriquecimiento de estos alimentos con fuentes proteicas conlleva un detrimento de la calidad en varios de sus parámetros que pueden reducir la aceptación por parte del consumidor. 

Así, las materias primas, los parámetros de extrusión, el fenómeno de expansión y las propiedades físico-químicas de los productos extrusionados están íntimamente ligadas. 

El equilibrio en el enriquecimiento con proteínas de productos de snack expandidos y la calidad de los mismos se basa en analizar las sinergias que se pueden encontrar fruto de la investigación entre la selección de las materias primas y de los parámetros de proceso extrusión, como método habitual para la elaboración de snacks expandidos

Referencias bibliográficas

-Allen, K. E., Carpenter, C. E., & Walsh, M. K. (2007). Influence of protein level and starch type on an extrusion-expanded whey product. International Journal of Food Science and Technology, 42(8), 953–960. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2006.01316. 

-Altan, A., McCarthy, K., & Maskan, M. (2008). Twin-screw extrusion of barley–grape pomace blends: Extrudate characteristics and determination of optimum processing conditions. Journal of Food Engineering, 89(1), 24-32.

-Bouvier, J.-M., & Campanella, O. H. (2014). Extrusion processing technology : Food and non-food biomaterials. Incorporated: John Wiley & Sons. http://ebookcentral.proquest.com/lib/umanitoba/detail.action?docID=1662755.

-Delić, J., Ikonić, P., Jokanović, M., Peulić, T., Ikonić, B., Banjac, V., ... & Hadnađev, M. (2023). Sustainable snack products: Impact of protein-and fiber-rich ingredients addition on nutritive, textural, physical, pasting and color properties of extrudates. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 10341.

-Ilo, S., Tomschik, U., Berghofer, E., & Mundigler, N. (1996). The effect of extrusion operating conditions on the apparent viscosity and the properties of extrudates in twin-screw extrusion cooking of maize grits. LWT-Food Science and Technology, 29(7), 593-598.

-Neder-Suárez, D., Quintero-Ramos, A., Meléndez-Pizarro, C. O., de Jesús Zazueta-Morales, J., Paraguay-Delgado, F., & Ruiz-Gutiérrez, M. G. (2021). Evaluation of the physicochemical properties of third-generation snacks made from blue corn, black beans, and sweet chard produced by extrusion. Lwt, 146, 111414.

-Li, S.-Q., Zhang, H. Q., Jin, Z. T., & Hsieh, F.-H. (2005). Textural modification of soya bean/corn extrudates as affected by moisture content, screw speed and soya bean concentration. International Journal of Food Science and Technology, 40(7), 731–741. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2005.00993.

-Philipp, C., Oey, I., Silcock, P., Beck, S. M., & Buckow, R. (2017). Impact of protein content on physical and microstructural properties of extruded rice starch-pea protein snacks. Journal of Food Engineering, 212, 165-173.

-Tas, A. A., & Shah, A. U. (2021). The replacement of cereals by legumes in extruded snack foods: Science, technology and challenges. Trends in Food Science & Technology, 116, 701-711.

-Téllez-Morales, J. A., Herman-Lara, E., Gomez-Aldapa, C. A., & Rodríguez-Miranda, J. (2020). Techno-functional properties of the starch-protein interaction during extrusion-cooking of a model system (corn starch and whey protein isolate). LWT, 132, Article 109789. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.109789. 

-Tomaszewska‐Ciosk, E., Zdybel, E., Lech, K., & Nemś, A. (2019). Effect of ethanol on properties of extrudates enriched with high‐fibre by‐products. International Journal of Food Science & Technology, 54(10), 2811-2820.