El potencial de la tecnología de extrusión en las harinas y subproductos

En los últimos años, la industria de la panadería ha experimentado una transformación significativa, impulsada por la demanda de productos más saludables y sostenibles. El consumidor valora el concepto de recuperación de recursos para volver a ser introducidos en el ciclo de la alimentación en forma de nuevos productos, y considera fundamental que los alimentos que ingiere aporten una función extra de salud, por ejemplo, a través de aporte de ingredientes funcionales.

Esta evolución ha motivado la búsqueda de nuevos ingredientes que no solo mejoren el perfil nutricional de los productos, sino que también ofrezcan características sensoriales y funcionales atractivas para el consumidor. La tecnología de extrusión ha emergido como una solución prometedora para abordar estos desafíos, permitiendo la transformación de harinas y la valorización de subproductos agroindustriales para su posterior incorporación en productos de panadería con propiedades mejoradas.

La extrusión es un proceso en el que el material, compuesto por materias primas y agua, es forzado a través de una boquilla con una geometría específica bajo condiciones de presión y temperatura controladas (Figura 1). Durante el proceso, se producen una serie de cambios físicos y químicos en los ingredientes, entre los que se incluye la gelatinización del almidón, la desnaturalización de las proteínas y la formación de nuevas estructuras moleculares. Estos cambios permiten mejorar propiedades de las materias como la solubilidad, la capacidad de absorción de agua y la biodisponibilidad de nutrientes y compuestos bioactivos, entre otros.

Aunque la extrusión ofrece numerosas ventajas, presenta desafíos técnicos que deben ser abordados para optimizar la calidad de los productos finales. La selección de parámetros de proceso es crucial para asegurar la calidad del producto final. La funcionalidad de los ingredientes extruidos depende, en gran medida, de la temperatura, que influye directamente en el grado de gelatinización del almidón y en la desnaturalización de las proteínas.

Las temperaturas elevadas favorecen la dextrinización y la gelatinización completa del almidón, lo que mejora su digestibilidad, pero también puede llevar a una degradación excesiva, mientras que las temperaturas más bajas pueden limitar estos efectos, manteniendo la integridad estructural de los componentes del almidón y las proteínas; de la velocidad de los husillos que afecta al tiempo de residencia de los materiales dentro del extrusor y, por tanto, el grado de cizallamiento aplicado.

Las velocidades más altas resultan en un menor tiempo de residencia, reduciendo la exposición térmica, mientras que las velocidades más bajas aumentan el cizallamiento, lo que puede mejorar la mezcla y dispersión de los ingredientes, pero también incrementar la ruptura de los gránulos de almidón y proteínas; del contenido de humedad que juega un papel crucial en la plasticidad de la masa dentro del extrusor, los niveles bajos de humedad tienden a aumentar la fricción interna, favoreciendo un mayor cizallamiento y una mayor gelatinización del almidón, mientras que los niveles altos pueden resultar en productos más suaves y harinas pregelatinizadas que retienen mejor la humedad; y de la energía mecánica aplicada que influye en la estructura interna del producto extruido.

Una energía mecánica alta facilita la modificación estructural del almidón y las proteínas, optimizando la funcionalidad de las harinas y mejorando la eficiencia en la valorización de subproductos. En contraste, una más baja preserva mejor las características originales de los ingredientes, reduciendo la modificación excesiva de sus componentes.

Un control inadecuado de estas variables puede resultar en una alteración negativa de las propiedades funcionales y en una pérdida significativa de compuestos bioactivos naturalmente contenidos en la materia prima. Por ejemplo, la extrusión a altas temperaturas puede degradar antioxidantes y vitaminas sensibles al calor, reduciendo el valor nutricional del producto final. Para mitigar este problema, se están explorando tecnologías como la extrusión asistida por CO2, que permite mantener temperaturas más bajas durante el proceso, preservando así la calidad de los compuestos más sensibles, como los bioactivos.

Gracias a su versatilidad para procesar diversas materias primas, la tecnología de extrusión permite la obtención de nuevos ingredientes a través de la transformación de harinas y almidones menos convencionales y subproductos agroalimentarios en ingredientes de alto valor añadido, debido a su mejora en la funcionalidad durante los procesos de panificación o por el nuevo aporte de valor nutricional que pueden tener una vez transformados.

Las harinas de cereales o legumbres sometidas a extrusión sufren una modificación en la estructura del almidón y las proteínas, entre otros componentes. Estas harinas tratadas térmicamente, como las pregelatinizadas, sufren una gelatinización completa del almidón durante la extrusión, lo que incrementa su viscosidad en frío y su capacidad espesante. Estos cambios permiten utilizar estas harinas en formulaciones que requieren una alta estabilidad estructural y funcionalidad específica. Al mismo tiempo, el tratamiento térmico y mecánico desnaturaliza las proteínas, lo que mejora su capacidad de retención de agua y su estabilidad en emulsiones. En el caso de harinas de legumbres, la aplicación de la tecnología de extrusión ha demostrado la reducción de los compuestos antinutricionales presentes.

La extrusión también es efectiva para valorizar subproductos agroalimentarios, como el salvado de cereales, pulpas de frutas y residuos de legumbres, que son ricos en fibra, proteínas, antioxidantes y otros compuestos bioactivos. Durante el proceso se pueden mejorar propiedades como la solubilidad, la capacidad de absorción de agua y la biodisponibilidad de nutrientes, convirtiendo estos subproductos en ingredientes funcionales de alto valor añadido que pueden utilizarse en productos de panadería. Entre los efectos obtenidos destacan:

- Fibra dietética: la extrusión permite modificar la proporción de fibra soluble e insoluble en los subproductos, aumentando la solubilidad y mejorando su capacidad de absorción de agua.

- Proteínas vegetales: la desnaturalización de proteínas durante la extrusión mejora su digestibilidad y funcionalidad. Las extruidas tienen una mayor capacidad de retención de agua y emulsificación, lo que permite su uso en productos enriquecidos con proteínas.

- Compuestos bioactivos: la extrusión también puede aumentar la biodisponibilidad de compuestos bioactivos como antioxidantes y fitoquímicos presentes en los subproductos. Estos compuestos, que de otro modo serían menos accesibles, se vuelven más biodisponibles gracias a la ruptura de las paredes celulares durante el proceso.

- La caracterización de las materias primas, tanto desde el punto de vista nutricional como de sus propiedades tecnológicas, es fundamental para valorar el efecto de la tecnología de extrusión sobre las mismas.

En la Figura 2, se muestran las curvas de empastamiento de la harina de arroz antes y después del proceso de extrusión, obtenidas con el analizador rápido de viscosidad, RVA. Este análisis permite predecir el comportamiento del almidón cuando es sometido a un ciclo de calentamiento y cizalla.

Se puede observar una diferencia en la viscosidad entre ambas muestras, la harina pregelatinizada presenta una viscosidad en frío más alta, lo que indica una mayor solubilidad y capacidad de hinchamiento debido a la ruptura parcial de los gránulos de almidón durante la extrusión.

En la Figura 3, se observan micrografías obtenidas con el microscopio electrónico de barrido (SEM) de las harinas de arroz antes y después de la extrusión, donde se puede apreciar cómo la estructura del almidón ha cambiado significativamente después del proceso. La harina extruida muestra gránulos de almidón más fragmentados y una mayor desorganización estructural, lo que sugiere la ruptura de la matriz cristalina y la solubilización parcial del almidón debido a las altas temperaturas y fuerzas mecánicas.

Los ingredientes obtenidos mediante extrusión, como almidones y harinas pregelatinizadas, o harinas ricas en fibra dietética, proteínas vegetales y compuestos bioactivos obtenidos de la valorización de subproductos, pueden incorporarse directamente en formulaciones de productos de panadería para aportar beneficios específicos:

- Mejora en la textura y volumen: la extrusión facilita la gelatinización del almidón en las harinas, mejorando su capacidad de absorción de agua y su capacidad espesante. Estas propiedades hacen que las harinas pregelatinizadas sean comparables a algunos hidrocoloides, por lo que sus usos son similares, pudiendo incorporarse a masas de panadería en pequeñas cantidades para incrementar la hidratación. También pueden utilizarse para sustituir aceite en productos como bizcochos, al ser capaces de retener agua y proporcionar jugosidad al producto final.

- Textura y cohesión: el tratamiento térmico y mecánico desnaturaliza las proteínas, lo que mejora su capacidad de retención de agua y su estabilidad en emulsiones. Esto es crucial en productos que requieren una textura específica y una buena cohesión de la masa, como panes de molde y galletas.

- Viscosidad en frío para aplicaciones específicas: las harinas pregelatinizadas tratadas por extrusión muestran un incremento significativo en su viscosidad en frío, lo que las hace ideales para aplicaciones que requieren una textura espesa y estable, como rellenos de productos de pastelería.

- Estabilidad y vida útil prolongada: la extrusión modifica la estructura granular del almidón, aumentando su capacidad de hinchamiento y su estabilidad durante el almacenamiento, lo que permite el desarrollo de productos con mejor consistencia y vida útil prolongada, con aplicaciones en productos como masas congeladas y mezclas para repostería.

Los ingredientes obtenidos por extrusión son particularmente efectivos en la producción de panes sin gluten, donde la estructura de la miga y el volumen específico son desafíos importantes. Las modificaciones en las propiedades de absorción de agua y el comportamiento reológico de las harinas, permiten una mejor retención del gas durante la cocción.

Estas harinas, al ser extruidas, adquieren propiedades que imitan el comportamiento del gluten en la masa, permitiendo la elaboración de panes con buena estructura y volumen. Por ejemplo, la adición de harinas de arroz y maíz extrusionadas en panes sin gluten ha demostrado aumentar el volumen y reducir la dureza de la miga, comparado con harinas no tratadas térmicamente.

La extrusión permite modificar las propiedades tecnofuncionales de las harinas y subproductos, facilitando su inclusión en productos de panadería sin comprometer su calidad sensorial, lo que permite desarrollar productos de panadería funcionales como el que se muestra en la Figura 4, enriquecido con proteínas vegetales y fibra.

Por tanto, la extrusión es una tecnología versátil que permite transformar harinas y subproductos agroindustriales en ingredientes con propiedades funcionales mejoradas. Al modificar la estructura de los almidones y las proteínas, se pueden desarrollar productos con mejor textura, estabilidad y valor nutricional. La inclusión de estos ingredientes en productos de panadería ofrece una oportunidad para innovar en el sector, satisfaciendo la demanda del mercado con productos más saludables y sostenibles.

La investigación futura debe continuar en la optimización de los parámetros de extrusión para maximizar la retención de compuestos bioactivos y mejorar las propiedades funcionales, al mismo tiempo que se exploran nuevas combinaciones de ingredientes para crear productos de panadería funcionales y de alta calidad.θ