Técnicas rápidas (RVA) para la estimación de la calidad de harinas sin gluten

Gracias a la mejora en los métodos de evaluación, cada vez son más las personas diagnosticadas de enfermedad celíaca y otras patologías asociadas con la ingesta de gluten. En particular, el gluten del trigo, centeno, cebada, triticale y algunas variedades de avena deben eliminarse de la dieta. El reemplazo del gluten en los alimentos que lo contienen, sigue suponiendo en muchos casos gran desafío tecnológico.

Cuando el gluten se hidrata y amasa, forma una red viscoelástica responsable de la retención del gas producido durante la fermentación y del desarrollo de la masa logrado gracias a su expansión durante la cocción. Las masas sin gluten, en cambio, no pueden desarrollar una red proteica similar. Se trata de masas más líquidas, menos viscosas, cohesivas y elásticas que las masas de trigo convencional, en ocasiones más similares a masas batidas, que conducen a una retención deficiente de gas y un menor volumen del pan resultante, al tiempo que una textura desmenuzable y un color deficiente (Matos y Rosell, 2014; Naqash et al., 2017).

Caracterización de harinas y almidones sin gluten

Las propiedades de la harina de trigo se pueden medir utilizando métodos reológicos empíricos bien establecidos, gracias a equipos como el alveógrafo, el farinógrafo, el mixógrafo y el extensográfo (Dobraszczyk y Morgenstern, 2003). Sin embargo, todavía no se ha podido encontrar un método predictivo equivalente para masas sin gluten. Los fabricantes de equipos se enfrentan también al desafío de adaptar sus métodos tradicionales de evaluación de la calidad de las harinas para incluir métodos sin gluten cuyas propiedades puedan ser comparables.

Entre los equipos más comúnmente empleados en la caracterización de harinas y almidones sin gluten se encuentran el viscoamilógrafo (Brabender), el DSC (equipo que mide la calorimetría diferencial de barrido) y el Analizador de Viscosidad Rápido (RVA, Perten). El viscoamilógrafo y el RVA tienen un fundamento similar, aunque el RVA comprende también el estudio de la muestra durante su enfriamiento y en menor tiempo que el viscoamilógrafo. El DSC se destina principalmente a investigación.

El estudio ha llevado a cabo una evaluación de harinas y almidones de distintos orígenes enfocado en dos objetivos: la caracterización de sus perfiles de viscosidad y la obtención de un perfil de viscosidad y consistencia tipo

El Rapid Visco Analyzer (RVA) es un viscosímetro rotacional que analiza las propiedades de empastado, es decir, la viscosidad de la muestra, en respuesta a un ciclo de temperatura o una temperatura constante, bajo un esfuerzo de cizalla y una velocidad controladas. Es un equipo con gran versatilidad, ya que permite realizar desde métodos predefinidos, de acuerdo a las normativas oficiales de AACC, ISO e ICC para harina y otros ingredientes, como métodos adaptados a las necesidades del analista. Las principales aplicaciones del RVA en harinas o almidones sin gluten incluyen:

-Medida del comportamiento del almidón en una suspensión en exceso de agua (qué capacidad de hinchamiento de gránulos tiene, cuáles son su viscosidad máxima y final, etc.).

-Realización de controles de calidad de calidad en la muestra; es decir, su caracterización y comparación con otras referencias previamente estudiadas.

-Determinación de la funcionalidad de los ingredientes, no solo de las harinas o almidones, en el desarrollo del producto. Esta aplicación es de gran utilidad tanto para el estudio de posibles variaciones de ingredientes como para estimar a escala piloto el comportamiento de las mezclas.

El método más utilizado en harinas y almidones sin gluten es el estándar 1 (ICC 162), en el cual las muestras se calientan a 50° C y se agitan a 160 rpm durante 10 s para una dispersión completa. La suspensión se mantiene a 50° C durante 1 minuto. Posteriormente se calienta hasta 95° C durante 3 min 42 s y se mantiene a esta temperatura durante 2 min 30 s. Finalmente, se enfría a 50° C durante 3 min 48 s y se mantiene a 50° C durante 2 min. El tiempo total del ensayo es de 13 minutos. La Figura 1 muestra una curva de viscosidad típica.

A partir de la curva resultante se obtienen los datos de la temperatura de empastado (pasting temperature, cuando la viscosidad aumenta por primera vez en al menos 25 cP durante un periodo de 20 s), el tiempo de pico (time peak, cuando tiene lugar la viscosidad máxima), la viscosidad máxima (peak viscosity, viscosidad máxima de la suspensión caliente), la viscosidad mínima o de caída (trough, viscosidad mínima de la pasta caliente), la estabilidad (breakdown, viscosidad máxima menos la viscosidad mínima), la viscosidad final (final viscosity, viscosidad al final del ensayo después de enfriar a 50° C) y la retrogradación de la muestra (setback, viscosidad final menos resistencia de retención).

Complejidad de la interpretación de las curvas de viscosidad

A pesar de la amplia investigación realizada sobre harinas sin gluten, no existen una caracterización tipo ni una curva estándar tipo de RVA en la cual basarse para obtener productos de alta calidad. De hecho, conocer la aplicación final de las harinas o almidones sin gluten es fundamental para definir los perfiles de viscosidad deseados de estas muestras. Así, si el objetivo final se trata de una salsa tipo bechamel, la viscosidad final mostrada por la harina ha de ser elevada para conseguir una pasta de adecuada consistencia que no lixivie agua durante su enfriamiento. En cambio, los preparados de salsas instantáneas o las cremas pasteleras, por ejemplo, son productos con una rápida preparación que no requieren aumento de la temperatura, por lo cual en ocasiones emplean almidones modificados pregelatinizados que aporten mayor consistencia en frío.

En panadería y repostería sin gluten, la interpretación de las curvas de viscosidad es aún más compleja, ya que las fórmulas sin gluten incluyen un mayor número de ingredientes. Las principales materias primas empleadas en pan sin gluten son harinas o almidones de arroz o maíz, combinadas con hidrocoloides para aportar estructura al pan, y proteínas, fibras o harinas de otros orígenes para otorgar mayor sabor y compensar ligeramente su desequilibrio nutricional (Perez-Quirce et al., 2015).

En el presente estudio, se ha llevado a cabo una evaluación de harinas y almidones de distintos orígenes enfocado en dos objetivos: el primero, la caracterización de sus perfiles de viscosidad y, en segundo lugar, la obtención de un perfil de viscosidad y consistencia tipo con el cual comparar las mezclas de harinas en sucesivos estudios de panificación sin gluten, sin la necesidad de elaborar el producto final. Para comprobar este último punto, se procederá también a la elaboración del pan sin gluten.

Para la caracterización de las distintas muestras de harinas y almidones se ha aplicado el ensayo de RVA Standard 1 descrito anteriormente (ICC 162). Las harinas presentadas se tratan de arroz, trigo sarraceno y mijo, y almidón de maíz (ver Figura 2).

Los cambios de viscosidad debidos a las condiciones de temperatura y cizalla del equipo dan lugar a cambios en la estructura molecular del almidón. Cuando los gránulos de almidón se calientan en exceso de agua; estos se hidratan, se hinchan y se transforman en una pasta en un proceso conocido como gelatinización del almidón. De acuerdo a las curvas de RVA, el almidón de maíz se hidrata más rápidamente y comienza a gelatinizarse antes que el resto de muestras, adquiriendo una consistencia inicial mayor que se mantiene hasta lograr la mayor viscosidad máxima en caliente. Se trata de la muestra con mayor capacidad de hinchamiento, seguida por la harina de arroz, con una consistencia también elevada.

Tras la gelatinización, la estructura granular colapsa. Algunos gránulos de almidón comienzan a romperse y tienen lugar el desenrollamiento de las dobles hélices y la ruptura de los enlaces de hidrógeno. Ambas muestras, arroz y maíz, tienen una viscosidad de caída similar.

Durante el enfriamiento, los gránulos de almidón disgregados comienzan a reorganizarse en estructuras parcialmente ordenadas. En esta etapa, conocida como retrogradación del almidón, la harina de arroz aparece como el ingrediente con mayor viscosidad final seguida del trigo sarraceno que, si bien hasta el momento no había destacado por presentar una alta consistencia, durante el enfriamiento llega a situarse por delante del almidón de maíz. Por lo tanto, arroz, maíz y sarraceno otorgarían una adecuada consistencia al pan tras su cocción en el horno.

Pese a la amplia investigación realizada sobre harinas sin gluten, no existen una caracterización tipo ni una curva estándar tipo de RVA en la cual basarse para obtener productos de alta calidad

La viscosidad de la harina de mijo, por su parte, permanece en valores hasta tres veces inferiores al resto de muestras, lo que demuestra que no sería posible sustituir a la harina de arroz ni al almidón de maíz por este ingrediente, ya que no aportaría la estructura de soporte necesaria a la masa de pan sin gluten.

En segundo lugar, se llevaron a cabo tanto ensayos modificando las proporciones de estas harinas y almidones para obtener una curva de viscosidad tipo, como la elaboración del pan resultante. La proporción que dio lugar al pan con mejor volumen, con una estructura de la miga ligeramente abierta sin compactar y la mayor intensidad en olores y aromas propios fue de un 25% de cada una de las harinas y almidones citados (en la imagen que abre este artículo se puede ver el pan sin gluten obtenido a partir de la mezcla de harinas citada.). En la Figura 2 se puede apreciar también la curva de viscosidad resultante de la mezcla. Si bien la viscosidad de la mezcla de harinas y almidón se ve reducida por la presencia de mijo, los valores de viscosidad final logran ser prácticamente iguales que los alcanzados con el almidón de maíz.

Por lo tanto, se ha logrado establecer una curva de RVA tipo de mezcla de harinas con una alta correlación con la elaboración de pan sin gluten de calidad adecuada. Sin embargo, el estudio de los perfiles de viscosidad en sistemas sin gluten presenta una gran complejidad y aún requiere el estudio en otras matrices en mayor profundidad.

Referencias:

- Crosbie, G.B. y Ross, A.S. (Eds.). (2007). The RVA handbook. AACC International, AACC International, ISBN13:978-1-891127-54-0, ISBN10:1-891127-54-3.

- Dobraszczyk, B.J. y Morgenstern, M.P. (2003). Rheology and the Bread Making Process. Journal of Cereal Science, 38, 229-245.

- Gallagher, E., Gormley, T.R., & Arendt, E.K. (2004). Recent advances in the formulation of gluten-free cereal-based products. Trends in Food Science and Technology, 15, 143–152.

- Matos, M.E., & Rosell, C.M. (2014). Understanding gluten-free dough for reaching breads with physical quality and nutritional balance. Journal of the Science of Food and Agriculture, 95, 653-661.

- Naqash, F., Gani, A., Gani, A., Masoodi, F.A. (2017). Gluten-free baking: combating the challenges—a review. Trends Food Sci. Technol. 66, 98–107.

- Pérez-Quirce, S., Collar, C., Ronda, F. (2014). Significance of healthy viscous dietary fibres on the performance of gluten-free rice-based formulated breads. Food Science and Technology 49 (5): 1375-1382.