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i UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA SOBRE EL ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES REOLÓGICAS DE LA MASA PARA PAN Trabajo monográfico de actualización QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: QUÍMICA DE ALIMENTOS PRESENTA: VICTORIA EDITH SORIANO CASTILLO CD. MX. AÑO 2019 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. ii JURADO ASIGNADO: PRESIDENTE: M. EN C. LUCÍA CORNEJO BARRERA VOCAL: Q.F.B. MARÍA DE LOURDES GÓMEZ RÍOS SECRETARIO: I.Q. MIGUEL ÁNGEL HIDALGO TORRES 1er. SUPLENTE: Q.A. ADELINA ESCAMILLA LOEZA 2° SUPLENTE: Q.A. ANA LAURA OCAMPO HURTADO SITIO DONDE SE DESARROLLÓ EL TEMA: BIBLIOTECAS, UNAM ASESOR DEL TEMA: Q.F.B. MARÍA DE LOURDES GÓMEZ RÍOS Nombre y firma SUSTENTANTE: SORIANO CASTILLO VICTORIA EDITH Nombre y firma iii “Todo tiene su tiempo y lo que se quiere debajo del cielo tiene su hora” Eclesiastés 3:1 “Mucha gente pequeña en lugares pequeños, haciendo pequeñas cosas, puede cambiar el mundo” Eduardo Galeano iv Gracias a la UNAM y a todas las personas que la conforman, académicos, administrativos, personal y alumnos. Estudiar en la UNAM ha sido una experiencia maravillosamente enriquecedora. Gracias a mis profesores, los cuales, con su dedicación al ejercer su vocación, logran inspirar a miles de alumnos para hacer de México y el mundo un lugar mejor. Agradezco en especial a los miembros del jurado. Gracias por su integridad, ética, responsabilidad y amabilidad. Gracias a sus valiosas observaciones y correcciones este trabajo se enriqueció. Mi profundo y sincero agradecimiento a: Q.F.B. María de Lourdes Gómez Ríos por permitirme desarrollar este tema, por su amabilidad, consejos y disposición en la realización de este trabajo. M. en C. Lucía Cornejo Barrera por sus valiosas correcciones y consejos. Gracias por su calidez en cada asesoría. I.Q. Miguel Ángel Hidalgo Torres por su disposición y amabilidad. Gracias a los tres por compartir sus valiosos conocimientos y tiempo conmigo. v Gracias a Dios por todo, sin él, nada sería posible. Muchas gracias a mi mamá por ser una gran compañera y amiga. A mis tías Elena† y Eréndira por su gran apoyo. Gracias a todas por todo su cariño, esfuerzo, por buscar siempre mi bienestar y felicidad. Siempre me sentiré muy afortunada y agradecida por todos los momentos que hemos compartido. A toda mi familia, en especial, a mi hermana Ana por su esfuerzo y apoyo. Muchas gracias a grandes profesores y amigos, en especial al Dr. Plinio Sosa, Q.F.B. Pilar Meza, I.Q. Israel Mena, Dr. Iván Martínez, Lic. Claudia Franco y al Dr. Antonio Jarquín. Gracias a mis amigos, por sus consejos y amistad sincera. En especial a Lupita Zambrano, Jesús Rodríguez, Edgar Moreno, Arely Martínez y Anahí Aguilar. vi ÍNDICE INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 1 CAPÍTULO I. PRODUCTOS DE PANIFICACIÓN .................................................. 5 1.1 Definición de productos de panificación ............................................................................5 1.2 Clasificación del pan en México ..........................................................................................5 CAPÍTULO II. FUNCIONALIDAD DE LOS INGREDIENTES EN LA FORMULACIÓN DE PAN ...................................................................................... 7 2.1 Harina .....................................................................................................................................7 2.2 Agua......................................................................................................................................13 2.3 Levadura ..............................................................................................................................14 2.4 Esponjantes químicos ........................................................................................................17 2.5 Sal .........................................................................................................................................18 2.6 Azúcar ..................................................................................................................................20 2.7 Leche ....................................................................................................................................20 CAPÍTULO III. MÉTODOS PARA LA ELABORACIÓN DEL PAN ...................... 21 3.1 Método directo .....................................................................................................................21 3.2 Método mixto .......................................................................................................................21 3.3 Método de esponja (o Poolish) .........................................................................................21 CAPÍTULO IV. PROCESO DE ELABORACIÓN DEL PAN ................................. 22 4.1 Recepción de materias primas ..........................................................................................23 4.2 Pesado de ingredientes .....................................................................................................23 4.3 Mezclado ..............................................................................................................................23 4.4 Amasado ..............................................................................................................................24 4.5 Efecto de la modificación de los ingredientes en las propiedades reológicas............31 4.6 Pesado y división de la masa ............................................................................................33 4.7 Boleado ................................................................................................................................33 4.8 Reposo .................................................................................................................................33 4.9 Formado ...............................................................................................................................33 4.10 Fermentación ....................................................................................................................33 vii 4.11 Horneado ...........................................................................................................................36 4.12 Enfriamiento ......................................................................................................................42 4.13 Envasado ...........................................................................................................................43 4.14Cambios producidos durante el almacenamiento ........................................................43 CAPÍTULO V. PRUEBAS REOLÓGICAS QUE SE REALIZAN A LA MASA .... 49 5.1 El farinógrafo .......................................................................................................................50 5.2 El extensógrafo ...................................................................................................................55 5.3 El alveógrafo de Chopin .....................................................................................................60 5.4 El falling number o índice de caída ..................................................................................69 5.5 El índice de sedimentación ................................................................................................76 5.6 El índice de Berliner............................................................................................................78 5.7 El amilógrafo ........................................................................................................................79 5.8 Prueba de índice de caída en harina de centeno ...........................................................82 5.9 El zimotaquígrafo ................................................................................................................84 5.10 El mixógrafo .......................................................................................................................85 5.11 Reofermentómetro ............................................................................................................89 5.12 Pruebas de cocción ..........................................................................................................93 5.13 Análisis del perfil de textura (TPA) .................................................................................95 5.14 Volumen del pan ...............................................................................................................98 CAPÍTULO VI. ANÁLISIS DE RESULTADOS....................................................101 CAPÍTULO VII. CONCLUSIONES ......................................................................106 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................109 ANEXOS ................................................................................................................. i 1 LISTA DE TABLAS Tabla Página 1. Contenido de proteína de una harina de trigo en relación con el tamaño de partícula 9 2. Clasificación de los diferentes tipos de harina de trigo 10 3. Cantidad de levadura utilizada en pan y en otros productos de repostería 15 4. Ejemplos de las condiciones de amasado en la obtención de masa para pan blanco 27 5. Tiempos y temperaturas de cocción 37 6. Volumen específico de diferentes tipos de pan 39 7. Composición química de diferentes tipos de pan 40 8. Cantidad de compuestos con aroma a tostado presentes en tres tipos de pan 42 9. Aptitud de la harina con base a análisis farinográficos 55 10.Aptitud de panificación con base a los índices extensográficos 59 11. Calidad panificable de una harina 63 12.Diferencias entre los distintos tipos de harina 67 13. Clasificación del gluten en México 67 14. Resultados característicos para la harina de trigo con base al tiempo de caída 70 15. Como corregir la inadecuada actividad de la enzima α-amilasa 73 16. Características del pan con base al número de caída 74 17. Características de los panes horneados en función del número de caída 75 18. Clasificación de la calidad panificable en función del índice de sedimentación 77 19. Clasificación del gluten con base al índice de estructura 78 20.Características amilográficas de dos tipos de harina de centeno 82 21. Parámetros reológicos en diferentes variedades de trigo 93 22. Adición o eliminación de agua en función de la tenacidad determinada con el alveógrafo xxiv LISTA DE DIAGRAMAS Diagrama Página 1. Proceso tradicional de elaboración del pan 22 2. Proceso de elaboración del pan incluyendo etapas fermentativas 47 3. Proceso de elaboración del pan de acuerdo a las tendencias actuales 48 2 LISTA DE FIGURAS Figura Página 1. Relación entre el volumen del producto cocido y la energía del amasado 26 2. Influencia del tiempo de fermentación sobre el producto cocido 35 3. Disminución del agua durante el almacenamiento de pan blanco 45 4. Farinógrafo de Brabender 51 5. Partes del farinógrafo de Brabender 52 6.Parámetros que se deducen en un farinograma 53 7. Extensógrafo de Brabender 56 8.Partes del extensógrafo de Brabender 57 9. Extensograma 59 10. Alveógrafo de Chopin 60 11. Alveograma 61 12. Harina semi-fuerte 64 13. Harina elástica 64 14. Harina plástica 65 15. Harina súper elástica 65 16. Harina fuerte 66 17. Harina muy fuerte 66 18. Falling number 68 19. Comparación entre la actividad alfa-amilásica y el “falling number” 71 20. Comparación entre la actividad alfa-amilásica y el número de licuefacción 72 21. Amilografo de Brabender 79 22. Amilograma 80 23. Diferentes panes con sus respectivos valores de máximo de gelatinización 81 24. Amilograma de la harina de centeno 82 25. Sección de la cámara y registrador del zimotaquígrafo de Chopin 84 26. Mixógrafo 85 27. Mixograma típico de una harina 87 28. Reofermentómetro de Chopin 88 29. Gráfico de registro para una masa para pan 90 30. Texturómetro 95 31. Gráfica general del análisis del perfil de textura 96 32. Medidor automatizado BVM 99 33. Ejemplos de farinogramas ii 34. Extensograma de harina para galletas y harina de panificación iv 35. Zimotaquigrama xviii 36. Mixogramas con absorción de agua poco adecuada xxii 3 ABREVIATURAS H2O Agua α Alfa Hm Altura máxima AACC American Association of Cereal Chemists aprox. Aproximadamente W Área bajo la curva β Beta NaHCO3 Bicarbonato de sodio Ca Calcio CANAINPA Cámara Nacional de la Industria Panificadora CIMMYT Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo cm Centímetros cm 2 Centímetros cuadrados cm3 Centímetros cúbicos NaCl Cloruro de sodio (sal) P Deformación CO2 Dióxido de carbono L Extensibilidad P Fósforo G-BPM Glutelinas de alto bajo molecular G-APM Glutelinas de alto peso molecular °C Grado centígrado g Gramo -S-S- Grupo disulfuro -SH Grupo tiol Fe Hierro h Hora(s) T Incremento de temperatura Q0 Índice de inflamiento Q30 Índice proteolítico kg Kilogramo µg Microgramo 4 ABREVIATURAS µm Micrómetro mL mililitros mm3 Milímetros cúbicos min-1 Minuto inverso (1/minuto) min Minuto(s) % Porcentaje pH Potencial de hidrógeno R/E Relación resistencia/ extensibilidad rpm Revoluciones por minuto P Tenacidad P/L Relación tenacidad/ relajación U.B. Unidades Brabender UF Unidades de farinograma U.E. Unidades extensográficas 1 INTRODUCCIÓN La elaboración del pan se inició en la época neolítica. No obstante, fueron los egipcios los que consolidaron las técnicas de panificación; ellos crearon los primeros hornos para cocer pan y, según la historia, inventaron el pan con levadura. Posteriormente, los griegos perfeccionaron la técnica de panificación y, los romanos lograron mejorar los molinos. En la Edad Media, los monasterios se convirtieron en los principales productores de pan. En el siglo XII, el pan blanco era considerado un privilegio de las clases sociales más adineradas y, en los siglos XIX y XX, la industria del pan evolucionó tras la Revolución Industrial, lo que convirtió al pan en el alimento básico de la dieta. Poco a poco, el pan fue adquiriendo mejoras en su molienda y horneado. Se convirtió en un producto industrial al que se le añadían diversosaditivos. En la actualidad, la maquinaria facilita en gran medida el trabajo, permitiendo que la producción del pan no implique penosas tareas; así, se emplean amasadoras, hornos automáticos, transportadoras, enfriadoras, cortadoras y máquinas para envolver (Isique, 2014). En lo que respecta a la composición química del pan, cabe recordar que encontramos hidratos de carbono, donde predomina el almidón, en menor cantidad existen dextrinas, disacáridos como la maltosa y monosacáridos como la glucosa; entre las proteínas se encuentran la globulina y en mayor porcentaje gliadina y glutenina, estas últimas al unirse con agua forman el gluten; además de materia grasa saturada e insaturada, minerales como Fe, Ca y P; y vitaminas generalmente del complejo B. No obstante, la mayoría de los productos disponibles en el mercado no tienen las cualidades nutrimentales adecuadas. Por ello, la fortificación del alimento es una estrategia importante para una creciente población en estado de malnutrición (Güemes et al., 2009). Es de considerar que la composición nutrimental del alimento reside en la calidad de los nutrimentos más que en la cantidad en que se encuentran presentes. Cabe señalar que se considera que el pan es un producto elaborado esencialmente de harina de trigo, levadura, agua, grasa, sal y azúcar (Quaglia, 1991). 2 El pan es uno de los alimentos más importantes en la dieta de los mexicanos, incluyendo las preparaciones previas a la época colonial donde se preparaban panes con harina de amaranto endulzados con miel. Posteriormente, a la llegada de los españoles, se comenzaron a elaborar panes a partir de trigo proveniente de Europa. Sin duda alguna, el pan tiene un sentido importante en las fiestas. Por ejemplo, se preparan variedades específicas para cada evento o temporada, tales como: pan de muerto, rosca de reyes y pan de feria, que en la mayoría de los casos se elabora durante las fiestas patronales de cada pueblo (Martínez et al., 2013). Las tendencias actuales de la panificación son dos: la panadería artesanal y los panes funcionales. Cuando se hace referencia a la panadería artesanal, se refiere los métodos que utilizaban las panaderías hace años, debido a sus procesos artesanales. En cuanto a los panes funcionales, son específicamente desarrollados con adición de algún nutrimento que tenga algún beneficio a la salud (Carrada, 2013). Un criterio para evaluar la calidad de las harinas es el que afecta a su composición: contenido de proteínas, gluten, humedad y azúcares. Las propiedades reológicas son importantes para apreciar el valor panadero de las harinas, destinadas a la elaboración de productos de panificación (Calaveras, 2004). Las propiedades reológicas de las masas de trigo son determinantes para su manejo durante el proceso de panificación, reflejándose en las características de calidad del producto final (Bloksma et. al., 1988; Mondal et. al., 2007). Actualmente no existen parámetros viscoelásticos indicadores de calidad para cada producto de panificación. (Magaña, 2011). Las pruebas reológicas fundamentales tienen bases teóricas, son independientes del instrumento, geometría y cantidad de muestra; cualidades que han promovido su aplicación en la caracterización viscoelástica de las masas y su relación con la calidad del pan (Faubion et. al., 1990). 3 De acuerdo a CANAINPA (Cámara Nacional de la Industria Panificadora), se tienen registrados 750 variedades de panes (incluyendo pan salado y bizcochería). Sin embargo, resulta complicado dar un dato tan exacto, ya que se han calculado incluso cerca de 2,200 variedades de panes. La diferencia en los números se da debido a que un mismo tipo de pan puede tener dos o más nombres dependiendo de la región donde se elaboren, haciendo más complejo pero a la vez más rico el acervo de pan (Carrada, 2013). Es importante señalar que el consumo per capita de este alimento en el país es de 33,5 kg al año. Por lo cual, se considera que en México se consumen alrededor de 1117 piezas de pan al año. De los cuales entre el 70 y 75% corresponde a pan blanco y el restante 25 a 30% a pan dulce, galletas y pasteles. El pan blanco, pan de caja y pan dulce forman parte de la canasta alimentaria del Consejo Nacional de Evaluación de la Política de Desarrollo Social (CONEVAL). El pan blanco y pan de caja forman parte de la canasta básica del Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI). Siete entidades de la República concentran poco más de la mitad de las unidades económicas dedicadas a la industria panificadora: Estado de México, Veracruz, Puebla, Oaxaca, Ciudad de México, Sonora y Michoacán. Conforme a datos de la Encuesta Mensual de la Industria Manufacturera (EMIM) del INEGI, de 2007 a 2016 la tasa de crecimiento media anual (TCMA) del valor de la producción de la panificación tradicional fue de 9.4%. En 2016, el valor de la producción aumentó 0.8% con respecto al año anterior (Secretaria de Economía, 2017). 4 OBJETIVOS OBJETIVO GENERALES Llevar a cabo un análisis bibliográfico sobre el estudio de las propiedades reológicas de la masa para pan mediante información actualizada. Dicho estudio estará basado en sus principales ingredientes para así, identificar como es que influye la modificación de estos en las propiedades del producto final. Enriquecer el acervo bibliográfico actual para que este escrito sea consultado como apoyo para todas aquellas personas interesadas en la elaboración de pan. OBJETIVOS PARTICULARES Recopilar información relevante sobre el estudio de las propiedades reológicas de la masa de pan. Establecer los principales ingredientes utilizados en la formulación de pan. Identificar la funcionalidad de cada uno de los ingredientes de la masa para pan. Establecer el efecto de la modificación de los ingredientes en las propiedades reológicas del pan. 5 CAPÍTULO I. PRODUCTOS DE PANIFICACIÓN 1.1 Definición de productos de panificación Son los productos obtenidos de las mezclas de harinas de cereales o harinas integrales o leguminosas, agua potable, fermentados o no, que pueden contener: mantequilla, margarina, aceites comestibles, grasas vegetales, sal, leudantes, polvo de hornear y otros aditivos para alimentos, especias y otros ingredientes opcionales tales como, azúcares, mieles, frutas, jugos, granos y semillas comestibles, entre otros; sometidos a proceso de horneado, cocción o fritura; con o sin relleno o con cobertura, pueden ser mantenidos a temperatura ambiente, en refrigeración o en congelación según el caso (NOM-247-SSA1-2008). 1.2 Clasificación del pan en México Con base a la NORMA Oficial Mexicana NOM-247-SSA1-2008 el pan se clasifica de la siguiente forma de acuerdo a sus ingredientes: Pan blanco: el producto que resulta de hornear una masa obtenida de harina fermentada, agua y sal, acondicionadores y mejoradores de masa, adicionado o no de aceites y grasas comestibles, leche, otros ingredientes y aditivos para alimentos. Pan de harina integral: al producto que resulta de la panificación de la masa fermentada, preparada con mezclas de harina de trigo integrales, harinas de cereales integrales o harina de leguminosas, agua, sal, azúcares, grasas comestibles, otros ingredientes opcionales y aditivos para alimentos. Pan dulce: al producto que puede ser elaborado con harina, agua, huevo, azúcares, grasas o aceites comestibles, levaduras, al que se le pueden o no incorporar aditivos para alimentos, frutas en cualquiera de sus presentaciones, 6 sal y leche; amasado, fermentado, moldeado y cocido al horno o por fritura en grasas o aceites comestibles. Pastel o panqué: al producto que se somete a batido y horneado, preparado con harinas de cereales o leguminosas, azúcares, grasas o aceites, leudante y sal;adicionada o no de huevo y leche, crema batida, frutas y otros ingredientes opcionales y aditivos para alimentos. Pay: al producto elaborado con harina de cereales o galleta molida, azúcares, agua y sal, con o sin leudante, grasas o aceites comestibles, fruta, crema pastelera, ingredientes opcionales y aditivos para alimentos; moldeado en forma de corteza para contener un relleno dulce o salado, puede ser cubierto horneado, frito o congelado (NOM-247-SSA1-2008). 7 CAPÍTULO II. FUNCIONALIDAD DE LOS INGREDIENTES EN LA FORMULACIÓN DE PAN Los ingredientes básicos en la formulación de cualquier pan son: harina, sal, levadura y agua. 2.1 Harina Las principales harinas utilizadas en la formulación del pan son las harinas de trigo y centeno. El conocimiento de los componentes del trigo y del centeno es de especial interés para su procesado en productos de panadería. Las proteínas de las diferentes harinas de cereales varían en su composición de aminoácidos. El contenido en lisina de todos los cereales es bajo y también el de metionina, especialmente en trigo, centeno, cebada, avena y maíz comparados con las proteínas del músculo, huevo y leche. Mediante mejora genética se han realizado intentos para aumentar el contenido de aminoácidos esenciales, que han tenido éxito en el caso de la cebada y del maíz en lisina (Belitz, 1992; Madrid, 1994). Los trigos duros o trigos para pan se seleccionan por su alta capacidad para absorber el agua. Mientras que para la selección de harina de trigo blando se buscan variedades de baja absorción de agua y paredes celulares delgadas (Isique, 2014). La composición química de la harina depende del grado de extracción, y del peso de harina obtenido a partir de 100 unidades de peso de cereal. Conforme aumenta el grado de extracción, disminuye la proporción de almidón y aumentan las cantidades de constituyentes procedentes de las envolturas del grano tales como minerales, vitaminas y fibra alimentaria. A igual grado de extracción, la harina de centeno contiene una mayor proporción de los minerales y vitaminas del grano de la harina de trigo, aunque debe tenerse en cuenta que esta diferencia en el caso de algunas vitaminas del grupo B, por ejemplo la niacina, se equilibra debido a su mayor concentración en el grano de trigo (Belitz, 1992). 8 Las masas de harina de trigo poseen una red de proteínas de gluten que les confieren propiedades visco-elásticas (reológicas), de las cuales las de amasado, fuerza y extensibilidad son las más importantes (Huanxin et al., 2014). El contenido en proteína y almidón también depende del tamaño de partícula de la harina (Tabla 1). Las llamadas harinas para fines especiales (Tabla 2) se separan por ello de acuerdo con el tamaño de partícula y las densidades de las proteínas y gránulos de almidón utilizando aire en una fracción enriquecida en proteína y otra en almidón (Belitz, 1992). Cabe destacar que, el contenido de proteína de la harina suele tener un efecto significativo en la viscoelasticidad de la masa y en la calidad final del pan. En muchos estudios se han utilizado varias técnicas reológicas, como la oscilación, la relajación del estrés, la fluencia (deformación de la masa al someterse a un esfuerzo constante) y las medidas de recuperación de la fluencia, para investigar las propiedades mecánicas fundamentales del gluten y de las masas de trigo. Sin embargo, el uso de la reometría en los estudios sobre el comportamiento reológico de la masa sin gluten ha sido bastante limitado (Magaña, 2011). En la tabla 1 se puede observar como la harina de trigo refinada (harina con un menor tamaño de partícula) tienen un mayor contenido proteínico, esto debido a que este tipo de harina sólo conserva el endospermo, el cual es rico en proteínas. De igual forma, es importante recordar que la harina integral además del endospermo, también contiene la cascarilla y el germen, estos dos últimos componentes reducen el potencial del gluten y por consecuencia se relacionan con un menor contenido proteínico. 9 Tabla 1. Contenido de proteína de una harina de trigo en relación con el tamaño de partícula. Tamaño de la partícula (µm) Proporción en la harina (% peso) Contenido proteico (% peso) 0 a 13 4 19 13 a 17 8 14 17 a 22 18 7 22 a 28 18 5 28 a 35 9 7 >35 43 11,5 Fuente: Belitz, 1992 A fin de obtener productos de la calidad deseada es necesario utilizar una harina con propiedades para panificación óptimas (Tabla 2.2). La calidad para panificación del trigo se ve fuertemente influida por la variedad y también por las condiciones de cultivo (clima, localización), y posteriormente por las condiciones y duración del almacenamiento de la harina. Es por ello que en los controles de calidad juega un papel esencial la caracterización de las propiedades de panificación. El tamaño de partícula y el color de la harina se evalúan por métodos físicos y análisis sensorial. Por ejemplo, las diferencias de color entre harinas se pueden reconocer fácilmente mediante ensayos en los que se humedecen y se observan sobre un fondo negro (prueba de Pekar). En lo que respecta a contenido proteínico se sabe que las harinas con cuerpo serán aquellas a las que se les haya eliminado la cascarilla por medio de un proceso de molienda y procederán de variedades de trigo duro ricos en gluten. 10 Mientras que las harinas blandas son aquellas que desarrollan un gluten débil, poco elástico y no retienen bien el gas. Este tipo de harinas absorben menos agua, necesitan menos amasado y, tienen poca tolerancia a la fermentación lo que da lugar a masas secas (Belitz, 1992). . En la tabla 2 se muestra la clasificación de los diferentes tipos de harina de trigo con base a su uso en los diferentes productos de panificación. Tabla 2. Clasificación de los diferentes tipos de harina de trigo. Tipo de harina Características Estándar Harina comercial apropiada para la obtención de diferentes productos de panificación Especial Para productos de panificación especiales; por ejemplo: harina de trigo duro para pan tostado; harina floja para bizcochos y pasteles Acondicionada Harina especial conteniendo otras materias primas (leche en polvo, huevo en polvo, azúcar, entre otros), como receta para preparar ciertos postres al horno Integral gruesa Cereal descascarillado (sin embrión ni glumas) Grano triturado integral o su harina Cereal descascarillado (incluido el embrión) Fuente: Belitz, 1992 Como afecta el contenido de lípidos de los cereales a la masa Los lípidos se almacenan preferentemente en el germen y en la capa de la aleurona, que en el caso del trigo sirve como fuente para la producción de aceite. Los lípidos de los cereales no difieren significativamente en su composición en ácidos grasos. Siempre predomina el ácido linoleico. Los lípidos del trigo merecen 11 una atención especial, puesto que influyen de manera sustancial en la panificación y por esta razón se han estudiado muy a fondo. Las propiedades reológicas de la masa se ven afectadas por los lípidos que no están ligados al almidón. La cantidad de lípidos ligados a la matriz de almidón depende de dos factores: el grado de gelatinización y la composición del almidón. Los lípidos influyen positivamente en la capacidad de retención de gas de la masa lo cual influye en el volumen del producto final. Se asume que existen dos efectos responsables de ello: se produce un enriquecimiento en los lípidos polares en la interfase gas/líquido y éstos estabilizan las burbujas de gas frente a la coalescencia. Además, las vesículas de lípido obstruyen los poros formados en laspelículas proteínicas durante el amasado. Los lípidos apolares influyen por el contrario negativamente en el producto debido a que, no permiten la correcta estabilización de la interfase gas/líquido ocasionando que en el producto final se obtengan panes con un volumen deficiente (Belitz, 1992). Características de una harina panificable Una harina panificable se puede considerar una mezcla de: almidón, gluten, electrolitos y agua. Las propiedades panificadoras dependen de la capacidad de retención de agua, en esto, influyen la forma de maduración del trigo y el acondicionamiento de la harina. La elasticidad depende del número de partículas coloidales del gluten/unidad de masa y de la capacidad de absorción (hinchamiento) del gluten. El gluten tiene mayor capacidad de embeber agua, incluso 200%. La mayor parte del agua que existe en la masa del pan está proporcionada por el almidón; ya que presenta 4/5 partes. La capacidad del gluten para formar la red esponjosa está influido por el pH de la masa y la actividad proteolítica de la enzima. Una harina fresca tiene un pH 6 a 6,2. El pH óptimo para la panificación es 5, esto significa que las harinas envejecidas son más aptas para la panificación; ya que el envejecimiento acidifica. La viscosidad y elasticidad de la masa se da por la 12 cantidad de agua, temperatura a la que se amasa y el tiempo transcurrido desde el amasado. Técnicamente, la harina es el producto pulverulento, obtenido por la molienda gradual y sistemática de granos de trigo de la especie Triticum sativum Lam, previa separación de las impurezas y lavado hasta un grado de extracción determinado. Las proteínas contenidas en ella definen los tipos de harina en calidad y uso final (Isique, 2014). La cantidad y calidad del trigo harinero (Triticum aestivum L.) se encuentra directamente relacionado con la fuerza y extensibilidad del gluten de la masa. Dicha fuerza y extensibilidad está influenciada directamente por la proporción de sus componentes principales, gliadinas y gluteninas (Martínez et. al., 2013). Las distintas variedades de trigo difieren en su contenido de grupos tiol (-SH) y disulfuro (-S-S-). Como en la estabilidad de una masa influye mucho el intercambio de grupos disulfuro entre los péptidos –SH de bajo peso molecular y las proteínas del gluten, es de esperar una correlación positiva entre los contenidos del grupo SH y SS de la harina o de los coeficientes calculados a partir de ellos, y la calidad panaria (Belitz, 1992). Es necesario que la harina de trigo panificable cumpla con las siguientes características: debe ser suave al tacto, de color característico (se determina mediante el índice de blancura por medio de un colorímetro y posee diversas tonalidades de amarillo claro), no debe tener presencia de hongos y debe estar exenta de sabores extraños como sabor de rancidez, acidez, amargo o dulzor. Debe presentar una apariencia uniforme, sin puntos negros, libre de cualquier defecto, de insectos vivos o muertos, cuerpos extraños y olores anormales a rancidez (Madrid, 1994; Montoya et al., 2012). 13 Clasificación de la harina de trigo Desde un punto de vista comercial la harina de trigo puede clasificarse como: Harina enriquecida es aquella a la que se le ha adicionado algún producto que eleve su valor nutritivo, por ejemplo, leche en polvo y/o azucares. Harina acondicionada es la que mediante tratamientos físicos o adición de ciertos productos (ácido ascórbico, fosfatos, etc.) es mejorada en sus características organolépticas y plásticas. Harina mezclada es el resultado de la mezcla de harinas de diferentes cereales, debiendo indicarse cuáles son las harinas integrantes. Harina integral es la obtenida por la trituración del cereal, sin separación de ninguna parte del mismo. Sémolas son los productos procedentes de la molturación de cereales, limpios, libres de restos de sus tegumentos y germen. Harinas malteadas son las obtenidas a partir de cereales que hayan sufrido un malteado (tueste) previo, y se clasifican según su contenido en almidón soluble en agua. Harina con dextrinas son las que por tratamiento térmico o adición de una pequeña cantidad de ácido no perjudicial contienen dextrina (Madrid, 1994). 2.2 Agua El agua es el segundo componente mayoritario de la masa y es el que hace posible el amasado de la harina. El agua hidrata la harina facilitando la formación del gluten; con ello y con el trabajo mecánico del amasado, se le confiere a la 14 masa sus características plásticas: la cohesión, elasticidad, plasticidad y tenacidad o nervio. La presencia del agua en la masa también es necesaria para el desarrollo de las levaduras que han de llevar a cabo la fermentación del pan (Isique, 2014). El contenido en humedad del pan depende de la cantidad de agua que se incorpore a la mezcla, humedad propia de los ingredientes, amasado, fermentación, etc., y sobre todo del proceso de cocción y enfriamiento, que es donde tiene lugar la mayor parte de evaporación del agua (Madrid, 1994). Clasificación del agua De acuerdo a los tipos de agua y los productos de panificación obtenidos, el agua puede clasificarse en tres tipos: Agua dura: proviene de sulfatos que actúan como nutrientes de las levaduras y fortalecen el gluten; pero si el contenido de sulfatos es excesivo, endurecen demasiado el gluten y retardan la fermentación (Isique, 2014). Agua blanda: casi no contiene sales disueltas; por lo que ablandan el gluten; dando como resultado masas pegajosas (Isique, 2014). Agua alcalina: es la que tiene carbonato de sodio que debilita el gluten y, por lo tanto, la masa no retiene bien el gas producido por la levadura (Isique, 2014). 2.3 Levadura La levadura es el componente microbiano el cual hace posible que la masa se fermente, de modo que se produzca etanol y CO2. Debido a que el CO2 queda atrapado en la masa, hace posible que esta esponje y por consecuencia aumente su volumen. A este fenómeno, se le denomina “levantamiento de la masa” (Isique, 2014). 15 La masa formada solamente por harina y agua da lugar a un pan denso y plano, para obtener un pan con una miga porosa se requiere del esponjamiento de la masa, esto se consigue con la adición de levaduras. Al principio de la fermentación, la levadura utiliza como sustrato a la sacarosa adicionada. Posteriormente emplea la glucosa, la fructuosa y la maltosa, que son los azúcares que se han producido gradualmente, a partir de la hidrólisis del almidón por la acción enzimática En la tabla 3 se observa las cantidad de levadura Saccharomyces cerevisiae que suelen utilizarse para la elaboración de pan con diferentes porcentajes y tipos de harina. (Belitz, 1992; Hernández, 2003). Tabla 3. Cantidad de levadura utilizada en pan y otros productos de repostería. Tipo de producto Cantidad de levadura (%) Pan de centeno 0,5 a 1,5 Pan de centeno y trigo (50 a 89%) 1,0 a 2,0 Pan de trigo y centeno (50 a 89%) 1,5 a 2,5 Pan de trigo 2,0 a 4,0 Pan blanco 4,0 a 6,0 Bizcocho 6,0 a 10,0 Fuente: Belitz, 1992 Para el óptimo desarrollo de la levadura se requieren temperaturas entre los 22 y 29°C, teniendo en cuenta que no sobrevive a más de 53°C;su pH óptimo de desarrollo es 4,0 a 5,0.La levadura se puede almacenar a temperaturas de 7°C o menos y, se inactiva cuando la concentración de azúcar supera el 15% debido a la presión osmótica del medio (Belitz, 1992; Hernández, 2003).. 16 La levadura contribuye a la descomposición del almidón de la harina en azúcar (sacarosa) y así, puede metabolizarla para producir dióxido de carbono y etanol. El etanol, que es el alcohol propio de toda bebida alcohólica, desaparecerá durante la cocción, y el CO2 provocaráque antes del horneado se difunda por toda la masa para agrandar las pequeñas burbujas que estaban presentes en ella, con esto se consigue que se esponje el pan con el horneado. Pero, además, no todo el azúcar es metabolizado por la levadura, puesto que también participa en otras reacciones químicas, como aquellas que se producen cuando se someten a altas temperaturas propias del horneado, y que dotan al pan de su sabor y color marrón tan característico. También ayuda a la maduración de la masa y aumenta el valor nutrimental del pan (Madrid, 1994; Hernández, 2003; Isique, 2014; Universidad de Valencia, 2016). Es importante mencionar que, altos contenidos de grasa vegetal y levadura favorecen el volumen y la firmeza del pan durante su almacenamiento (Magaña, 2011). Clasificación de la levadura Las levaduras utilizadas en panificación suelen clasificarse en tres tipos y se mencionan a continuación: Levadura natural o levadura de masa: se prepara a partir de la microbiota de la propia harina; para ello en 3 o 4 etapas sucesivas, se mezcla harina y agua, se amasa y se deja reposar la masa para que fermente de modo espontáneo. Es poco utilizada en la actualidad como levadura única, salvo en elaboraciones artesanales muy concretas; tiene su principal aplicación en la elaboración de las masas madres. Levadura comercial: se prepara industrialmente a partir de cultivos puros, generalmente de Sacharomyces cerevisiae. Se comercializan en distintas formas: prensada, líquida, deshidratada activa, instantánea o en escamas. 17 Levaduras químicas o impulsoras de masas: son aditivos gasificantes que básicamente consisten en la mezcla de un ácido y un compuesto alcalino que con el amasado y el calor de la cocción reaccionan generando CO2. Su aplicación es ampliamente utilizada en la elaboración de pasteles (Isique, 2014). Adición de la levadura Existen dos formas de adicionar la levadura, ya sea de forma directa o indirecta. A continuación se describen los dos tipos de adición: a) Adición directa La harina, el agua, la levadura, la sal y otros ingredientes se mezclan directamente para formar la masa. b) Adición indirecta (Pre-Fermentación) Las levaduras se adicionan en una masa preliminar a una temperatura entre los 25 y 27°C; dicha masa está formada por harina, agua y algo de azúcar. Pasado un cierto tiempo, la masa preliminar se mezcla con el resto de la harina, el agua y los demás ingredientes para formar el resto de la masa que se destinará para elaborar el pan. Para llevar a cabo está pre-fermentación de manera más rápida, se han desarrollado masas líquidas las cuales tienen un pH entre 5,0 a 5,3 y se incuban a temperaturas de hasta 38°C. Las masas pre-fermentadas se añaden ininterrumpidamente a la amasadora y ésta trabaja la masa principal de modo continuo ahorrando tiempo durante la elaboración (Belitz, 1992). 2.4 Esponjantes químicos Estos aditivos constan de una fuente de CO2, generalmente es bicarbonato de sodio y ácido tartárico, ácido cítrico, o sulfato de aluminio. Existen también esponjantes químicos aromatizadas con vainillina o etil vainillina. 18 En los productos que requieren un gran tiempo de fermentación sólo se emplea NaHCO3. Los panes de miel y especias se esponjan con carbonato de potasio unido a una mezcla de bicarbonato de amonio debido a su capacidad estabilizante y a que regulan la acidez (Belitz, 1992; Badui, 2013). 2.5 Sal Su objetivo principal es el de dar sabor al pan. Además, es importante porque hace la masa más tenaz y refuerza su plasticidad, actúa como regulador de la fermentación debido a que estabiliza la acción de la levadura, también retarda la fermentación de los ácidos butírico y láctico, favorece la coloración de la corteza durante la cocción y aumenta la capacidad de retención de agua en el pan. Resalta el sabor y aroma, fortifica el gluten y da un color más blanco a la miga. Tiene efecto antioxidante y con esto logra alargar la vida de anaquel del pan (Carrero, 2013; Isique, 2014). La dosis recomendada oscila entre 18 a 120 g por cada kilo de harina. El elevar la dosis en muchos casos es contraproducente ya que inhibe el trabajo de las células de levadura y por tanto frena la fermentación. La sal aumenta la estabilidad de la masa (Belitz, 1992; Calaveras, 2004). Otra característica que se debe tener en cuenta es que si el agua utilizada es muy dura (con alta concentración de sales minerales) es aconsejable bajar la dosis de sal para que no se produzcan alteraciones en el sabor del pan y para que los panes no tengan un aspecto demasiado compacto. Cuando se añade poca cantidad de sal, se producen: a) Panes insípidos. b) Fermentaciones muy rápidas con panes de excesivo volumen y corteza muy fina, pero a su vez durante la fermentación, hay una tendencia a debilitarse y son piezas que hay que trabajar con cuidado. 19 c) Masas pegajosas y muy blandas durante el amasado, lo que no ayuda a dar firmeza al pan. d) Un pan de corteza descolorida. De igual manera añadir la dosis correcta de sal producirá: a) Sabor característico del pan. b) Favorece la absorción de agua. c) Aumenta la conservación del pan ya que mantiene más tiempo fresco debido al aumento de agua en las proteínas, que favorece su incorporación. Y es por esto que con exceso de sal las masas se convierten en tenaces. d) Si la fermentación se lleva a cabo durante un tiempo prolongado, se sugiere aumentar ligeramente la dosis de sal, esto con el fin de que la fermentación se lleve a cabo gradualmente (Calaveras, 2004). Pero si se adiciona un exceso de sal se obtendrán: a) Masas poco hidratadas y con poca elasticidad. b) Panes con un sabor desagradable. c) Piezas de pan con poco volumen debido a que la fermentación no se llevó a cabo correctamente debido a la inhibición de la levadura. La sal no debe añadirse al final del amasado, ya que su poder antioxidante no haría efecto. Cuando se añade la sal al principio del amasado se facilita su 20 disolución en la masa, se lleva a cabo la fermentación adecuadamente y se obtiene un sabor y apariencia más agradable (Calaveras, 2004). 2.6 Azúcar Su función es como agente ablandador, aporta sabor dulce, es sustrato fermentable en los productos esponjados por la levadura, también retiene la humedad en los productos horneados y da la corteza el color dorado (Bedolla et al., 2004; Isique, 2014). Cuando se produce la degradación del almidón por acción de la levadura, los niveles de monosacáridos, disacáridos y trisacáridos aumentan debido a que se hacen más biodisponibles. El uso de estos azúcares por parte de la levadura, es importante para que se lleve a cabo el esponjamiento de la masa (Belitz, 1992). 2.7 Leche Es una fuente de proteínas, vitaminas y minerales, siendo el calcio el más importante. Es un alimento fundamental para la alimentación. La leche tiene como funciones: mejorar el color de la corteza, mejorar su sabor, elevar su valor nutrimental, aumentar la absorción del agua y aumentar el poder de conservación. Otros insumos empleados para la elaboración del pan pueden ser simples aditivos o ayudantes tecnológicos que se emplean en baja proporción y cuyo único objetivo es favorecer el proceso tecnológico de elaboración del pan; en este caso, se les denomina “mejoradores” (Isique, 2014). 21 CAPÍTULO III. MÉTODOS PARA LA ELABORACIÓN DEL PAN 3.1 Método directo Es el método menos frecuente y se caracteriza por utilizar exclusivamente levadura comercial. Requiere de un periodo de reposo de la masa (harina, sal, levadura y agua) de aproximadamente 45 minutos, antes de la división de la masa. El método es sencillo pero la fermentación requiere de mayor tiempo en comparación con otros métodos. No es útil en procesos mecanizadoscon división automática volumétrica. (Isique, 2014; Bisio, 2016). 3.2 Método mixto Es el sistema más frecuente en la elaboración de pan común; utiliza simultáneamente masa madre (masa compuesta por harina y agua, fermentada por los microorganismos propios de la harina) y levadura comercial. Requiere un reposo previo a la división de la masa de solo 10 a 20 minutos. Es el más recomendable, cuando la división de la masa se hace por medio de una divisadora volumétrica. Es aconsejable añadir una masa madre que garantice la fuerza a la masa durante la fermentación, una expansión proporcionada del pan en el horno sin la necesidad de conseguirlo con dosis altas de mejorantes, y una buena conservación del pan (Sáncjez, 2003; Isique, 2014). 3.3 Método de esponja (o Poolish) Es el sistema universalmente empleado en la elaboración del pan francés y sobretodo en la del pan de molde. Consiste en elaborar una masa líquida (esponja) con el 30 a 40% del total de la harina; la totalidad de la levadura (comercial) y tantos litros de agua por kilogramos de harina. Se deja reposar unas horas, se incorpora el resto de la harina y del agua y, a partir de ahí, se procede como en el método directo (Isique, 2014). 22 CAPÍTULO IV. PROCESO DE ELABORACIÓN DEL PAN En el Diagrama 1 se muestra el proceso de elaboración del pan. Más adelante se describen las características y cambios fisicoquímicos que ocurren en cada una de estas etapas. Diagrama 1. Proceso tradicional de elaboración del pan (Isique, 2014). 23 Con base al Diagrama 1 a continuación se explica a detalle cada una de las etapas de la elaboración del pan: 4.1 Recepción de materias primas Las materias primas deben estar en óptimas condiciones y cumplir con las especificaciones sanitarias. Todo insumo deberá estar rotulado adecuadamente (nombre del producto, fecha de recepción y de vencimiento, condiciones de almacenamiento) (Isique, 2014). 4.2 Pesado de ingredientes Pesar los ingredientes sólidos y medir los líquidos utilizando balanza y recipientes con la adecuada escala de medidas. Nunca pesar ni medir por aproximación (Isique, 2014). 4.3 Mezclado Mezclar los ingredientes secos para obtener los insumos secos más homogéneos. Motivo por el cual, primero se mezclan todos los ingredientes secos, tales como la harina, sal, leche en polvo, los cuales pueden ser cernidos si así es necesario para separar las impurezas que pudiesen contener y así tener un tamaño de partícula más uniforme. Después se puede incorporar grasa a la mezcla sólida y el agua, a la que previamente se le ha añadido la levadura y azúcar de ser necesario (Madrid, 1994; Isique, 2014). Las harinas de trigo, cebada, centeno suelen tener una humedad del 11 al 15% y en la elaboración del pan se suele agregar un 30 a 35% de agua, con lo que el contenido total de la masa puede subir hasta el 45 a 50% de humedad, que se pierde durante la cocción y el posterior enfriamiento hasta quedar en el producto final un porcentaje de humedad no mayor al 15% (Madrid, 1994; NOM-247-SSA1- 2008). 24 4.4 Amasado Su objetivo es lograr la mezcla homogénea de los ingredientes y conseguir, las características deseadas de la masa así como su perfecta oxigenación (Isique, 2014). El amasado se caracteriza por las siguientes fases: mezcla de los ingredientes y aditivos, desarrollo de la masa y plastificación de la misma (Belitz, 1992). Cuando se mezcla y amasa la harina hidratada, las proteínas del gluten se orientan, se alinean y se despliegan parcialmente. Esto potencia las interacciones hidrofóbicas y la formación de enlaces cruzados disulfuro a través de reacciones de intercambio disulfuro. Se establece así una red proteínica tridimensional, viscoelástica, al transformarse las partículas del gluten iniciales en membranas delgadas que retienen los gránulos de almidón y el resto de los componentes de la harina. La adición de agentes antioxidantes, como el bromato, aumenta la dureza y elasticidad de la masa. Las harinas fuertes de ciertos tipos de trigo precisan largos tiempos de mezcla y dan masas muy cohesivas. Las harinas “débiles” son menos eficaces y la red de gluten se desintegra cuando la energía o la duración del proceso de mezcla excede de un cierto nivel, probablemente porque se rompen enlaces disulfuro, especialmente en ausencia de aire. La resistencia de la masa parece estar relacionada con un elevado contenido en glutelinas de alto peso molecular, incluidas las “proteínas residuales” las cuales son completamente insolubles. Una cohesividad excesiva (glutelinas en exceso) inhibe la expansión de las burbujas de CO2 atrapadas durante la fermentación, y la subsiguiente presencia, en la miga de pan, de celdillas de aire abiertas. Una extensibilidad excesiva (exceso de gliadinas) conduce a la formación de películas de gluten débiles y permeables y puede dar origen a una pobre retención de CO2 y al colapso de la masa (Fennema, 1993). 25 Las principales características de la masa incluyen viscoelasticidad, extensibilidad, elasticidad, cohesividad, capacidad de retención de agua y capacidad de retención de aceite. La reología de la masa, que afecta a su comportamiento de mezcla, la laminación y el rendimiento de horneado, es muy importante para predecir la calidad del producto de panadería final con el comportamiento de horneado en general y las propiedades del producto que está determinado por las propiedades de gelatinización de la harina. La reología de la masa depende de muchos factores: variedad de trigo, parámetros de molienda, fermentación de la masa, tiempo de mezcla y temperatura y aplicación de aditivos (Mehmet, 2009). Cabe señalar que la energía aportada, las propiedades de la masa y el volumen de cocción están estrechamente relacionados. Como se observa en la figura 1 cada masa alcanza su máximo volumen el cual depende de la energía de amasado aportada. En las harinas de gluten débil es más bajo que en las harinas con gluten fuerte, los mejoradores de la harina pueden ayudar a mejorar el volumen del pan. En la figura 1 se comparan dos tipos de formulación de pan, uno adicionado con azodicarbonamida (la cual hace disminuir los requerimientos de amasado de modo particularmente intenso) y la otra formulación está adicionada con ácido ascórbico. Es importante notar que, cuando el amasado sobrepasa el máximo, la masa se hace más húmeda y comienza a pegarse en las paredes de la amasadora, es entonces que su capacidad de retención de gas disminuye. En la figura 1, es posible observar que, un amasado excesivo ocasiona que el producto de final tenga un volumen deficiente en comparación con aquellos productos que tuvieron un amasado óptimo (Belitz, 1992). 26 Figura 1. Relación entre el volumen del producto cocido y la energía del amasado (Fuente: Belitz, 1992) Las máquinas amasadoras se dividen según el tiempo de amasado en rápidas, intensivas y de alto rendimiento o mezcladoras, aunque los límites son difusos. A medida que la velocidad de amasado aumenta, lo hace también la temperatura de la masa, que en caso necesario se mantendrá por refrigeración en rangos de 22 a 30°C o en rangos de 26 a 33°C (mezcladoras). En la tabla 4 se mencionan los diferentes tipos de amasadoras y mezcladoras con sus respectivas condiciones de trabajo obtenidas durante la elaboración de masa para pan blanco. En esta tabla, se observa claramente que la amasadora rápida 27 logra un menor calentamiento de la masa pero requiere un mayor tiempo de amasado. Mientras que la mezcladora de 2900 revoluciones es la que ocasiona un mayor calentamiento de la masa aunque requiere un menor tiempo de amasado. La elección intermedia de estos dos equipos sería la amasadora de alto rendimiento porque su tiempo de amasado no es mayor a los 5 minutos y prácticamente no causa un calentamientode la masa. Sin embargo, la elección de cada amasadora o mezcladora dependerá de las condiciones de trabajo al elaborar el pan. Tabla 4. Ejemplos de las condiciones de amasado en la obtención de masa para pan blanco Amasadora Revoluciones (min-1) Tiempo de amasado (min) Calentamiento de la masa ∆T (°C) Amasadora rápida 60 a 75 20 2 Amasadora intensiva 120 a 180 10 5 Amasadora de alto rendimiento 450 3 a 5 - Mezcladora 1440 1 9 Mezcladora 2900 0,75 14 Fuente: Belitz, 1992 Además de las amasadoras de efecto múltiple, se emplean también amasadoras continuas. La mezcla de los componentes y el amasado se realizan en este caso gracias a dos ejes que giran en direcciones opuestas y están provistos de elementos mezcladores y amasadoras. 28 Las amasadoras parciales trabajan siguiendo un principio de compartimentación: la cantidad de masa separada se regula con el volumen de la cámara y el llenado de ésta tiene lugar debido al efecto de succión del émbolo y forzando la masa con tornillos sinfín, émbolos o cucharas automáticas (Belitz, 1992). Métodos de amasado Normalmente la forma de amasar es con un sistema muy tradicional; donde se ponen todos los ingredientes a la vez excepto la levadura que se suele añadir cinco minutos antes de finalizar el amasado, independientemente del tipo y modelo de amasadora (Calaveras, 2004). Método intensivo Tiene sus orígenes en los años sesenta y está basado en hacer pan eliminando gran parte del tiempo convencional de fermentación con el empleo de intenso trabajo mecánico sobre la masa, refiriéndonos normalmente a la eliminación de la pre-fermentación. Sus características se desarrollan gracias a: a) La incorporación de grasa en la fórmula que facilitan la textura y esponjosidad de la masa. b) Una oxidación acelerada, al incorporar ácido ascórbico, bien por un mejorante concentrado o bien porque sea añadido siempre y cuando las harinas sean lo suficientemente extensibles; si no se convierten en masas tenaces. c) Por realizar un amasado rápido e intensivo mezclando con rapidez todos los ingredientes. d) Suele ser una masa blanda al incorporar más agua de lo normal. e) Eliminación de la fermentación previa. f) Un aumento del porcentaje de levadura que facilita una fermentación rápida. 29 Estas características básicas son aplicadas principalmente en procesos muy automatizados que reducen el proceso de fabricación. Es importante señalar que, en este método se ha llegado a determinar una harina peculiar para resistir estos amasados y normalmente en pan común se utilizan harinas muy extensibles y flojas si no es difícil conseguir la fabricación del pan. Normalmente en este método se obtienen panes con miga más blanca, un alveolado más pequeño y cortezas muy finas. Suelen ser panes de un cierto volumen pero su vida de anaquel es relativamente reducida (Calaveras, 2004). Método de poolish o método esponja Este método se lleva a cabo en dos pasos. El primero consiste en mezclar algunos ingredientes y se les permite una fermentación normalmente larga de 2h a 6h. En esta etapa se suelen mezclar harina, agua y levadura quedando una masa muy blanda y a veces pegajosa. La segunda mezcla donde la fermentación es relativamente corta. Este método tiene su origen en Polonia país al que debe su nombre. Este sistema solo es aplicable a procesos o panes que admitan una división fácil. La temperatura ideal de la esponja es de 23°C a 25°C, ya que a mayor temperatura de la masa más rápida será la fermentación. No es bueno excederse en la cantidad de agua, ya que la masa necesita ser blanda pero a la vez debe conservar una consistencia firme ya que se expandirá a un mayor volumen y producirá un desarrollo de gluten superior (Calaveras, 2004). Fenómenos que ocurren durante la elaboración de la masa El amasado se puede subdividir en tres etapas: 1ª Mezclado de harina y agua en una suspensión con dispersión bruta. La viscosidad procede de las películas de agua, que hay alrededor de las partículas individuales. 30 2ª Crecimiento de las proteínas. El agua libre es absorbida, las películas de agua son más delgadas; por lo tanto se necesita más energía para el amasado. 3ª Liberación del agua por elaboración intensiva. El movimiento es más suave y el consumo de energía es menor ya que decae la consistencia (Calaveras, 2004). La absorción de agua, que depende del tipo de harina, predetermina la mayor parte de las reacciones subsiguientes, ya que una retención elevada de agua favorece la movilidad de todos los constituyentes que participan en la reacción. Un ejemplo es la degradación enzimática del almidón a azúcares reductores. La observación del desarrollo de la harina de trigo al microscopio óptico o electrónico revela una serie de intensos cambios en la distribución de las proteínas de la harina. Todas las estructuras de cada partícula de harina se observan también en la masa, en la que inmediatamente después del amasado hay una red continua con fibras proteínicas ramificadas. El amasado prensa las partículas pegajosas de la harina unas con otras y favorece su aglomeración. Las fuerzas de cizalla actúan sobre toda la estructura y la red sufre una tensión bidimensional, comenzando a formarse películas en los puntos de ramificación. Si se sigue trabajando la masa hasta que su desarrollo es óptimo, se intensifica la formación de películas, que son ahora, junto con las fibras todavía presentes, el elemento estructural predominante y que comienzan a perforarse. Se provoca así que las películas pasen de nuevo a fibras proteínicas irregulares, que serán entonces el elemento estructural característico de una masa intensamente sobre amasada. Resumiendo, la formación de la masa puede describirse de la siguiente manera a la vista de las observaciones microscópicas: las partículas de harina individuales constan de una matriz proteínica esponjosa en la que está incluido el almidón. Al añadir agua, la matriz se vuelve pegajosa y hace que las partículas de harina, estimuladas por el amasado, se adhieran formando una estructura continua. Simultáneamente la matriz proteínica se estira, formándose películas proteínicas en los puntos de ramificación de las fibras. Dichas películas, elemento estructural predominante de una masa con un amasado perfecto, contribuirán a la capacidad 31 de retención de gas. Si se sigue amasando, las películas se perforan cada vez más, formándose fibras proteínicas cortas irregulares, características de una masa trabajada en exceso (Belitz, 1992). 4.5 Efecto de la modificación de los ingredientes en las propiedades reológicas. La fuerza y extensibilidad del gluten de la masa de trigo harinero (Triticum aestivum L.) están influenciadas directamente por la proporción de sus componentes principales, gliadinas y glutelinas, así como por la combinación de alelos o sub-unidades específicas de glutelinas de alto peso molecular (G-APM), glutelinas de bajo peso molecular (G-BPM) y gliadinas, las cuales contribuyen de manera diferente a la definición de fuerza y extensibilidad del gluten (Weegels et al., 1996; Martínez et al., 2007). Adición de enzimas En algunos estudios, se ha observado que, la adición de celulasa, hemicelulosa y mezclas de xilanasa-amilasa inducen disminuciones significativas y consistentes en cuanto a medidas de tenacidad (P) y relajación (L) (Baiano et. al., 2011). De hecho, la presencia de polisacáridos que derivan de capas externas de grano, pericarpio y capa de aleurona influye negativamente en las propiedades del gluten cambiando la distribución de agua en la masa y también teniendo interacciones covalentes con gluten. Por lo cual, la adición de estas enzimas ayuda a mejorar laspropiedades reológicas de la masa, degradando y solubilizando los polisacáridos. Permitiendo así la redistribución del agua y la reducción de la interferencia de las cadenas de polisacáridos en la arquitectura celular (Baiano et al., 2009). 32 Controles durante el amasado Para la buena ejecución del amasado es conveniente conocer todos los ingredientes que se van a añadir, sus efectos y lógicamente su peso; por tanto durante el proceso de amasado, se debe tener en cuenta: a) Pesar todos los ingredientes para poder hacer reproducibles las masas, incluso algunas empresas con el fin de evitar errores a la manipulación tienen un carro con distintos compartimientos donde se han pesado todos los ingredientes de todas las masas que se van a elaborar durante el día. Así el operario sólo tiene que verter los ingredientes ya pesados y se suelen diferenciar los recipientes por colores para mayor exactitud. b) Las mediciones de los líquidos deben hacerse con material graduado volumétrico para saber exactamente la hidratación de la harina y con marcador de termómetro para conocer la temperatura de los líquidos. c) Es importante verificar el poder fermentativo de la levadura, llevar a cabo un control microbiológico de manera periódica y verificar la calidad de la harina mediante pruebas reológicas. d) Al finalizar el amasado comprobar la temperatura y pH de todas y cada una de las masas. Con estas observaciones se puede garantizar la uniformidad de las masas, ya que, evaluar las masas de forma sensorial “al tacto” puede ocasionar un defecto que conducirá a errores. Normalmente en las panaderías se valora el pan hasta el final del amasado y eso suele dar mayor irregularidad en los productos (Calaveras, 2004). 33 4.6 Pesado y división de la masa Se procede a cortar, pesar y formar las piezas, que son posteriormente fermentadas (Madrid, 1994). Se pretende dar a las piezas un peso similar y puede realizarme mediante una divisora hidráulica (Isique, 2014). 4.7 Boleado Consiste en dar forma de bola al fragmento de masa y su objetivo es reconstruir la estructura de la masa, tras la división. Puede realizarse a mano o por medio de boleadoras cónicas. Una vez dividida en porciones, la masa se trabaja automáticamente, siendo trasportadas las piezas con chapas-guías, o se mantiene rodando de un sitio a otro por acción de un cuerpo metálico espiral, cilíndrico o cónico (Belitz, 1992; Isique 2014). 4.8 Reposo Se deja descansar la masa para que se recupere de la desgasificación sufrida durante la división y boleado. Esta etapa puede ser llevada a cabo a temperatura ambiente o en cámara de fermentación donde se controla la temperatura y el tiempo de reposo. Está fermentación se lleva a cabo con levaduras Saccharomices cerevisiae, que industrialmente se suministra como levadura en polvo, conjuntamente con otros microorganismo (Madrid, 1994; Isique, 2014). 4.9 Formado Se le da la forma correspondiente de acuerdo al tipo de pan; si la pieza es redonda, el resultado del boleado proporciona ya dicha forma; si la pieza es grande o tiene una forma especial, suele realizarse a mano (Isique, 2014). 4.10 Fermentación Consiste básicamente en una fermentación alcohólica, llevada a cabo por levaduras que transforman los azúcares fermentables en etanol, CO2 y algunos 34 productos secundarios. En el caso de utilizar levadura de masa, se producen en menor medida otras fermentaciones llevadas a cabo por bacterias. Los objetivos de la fermentación son la formación de CO2, para que el gas pueda ser retenido por la masa, esta se esponje y mejore el sabor del pan como consecuencia de las transformaciones que sufren los componentes de la harina. La fermentación se produce durante todo el tiempo que transcurre, desde que se han mezclado todos los ingredientes en el amasado hasta que la masa, ya dentro del horno, alcanza unos 50°C en su interior. Esta etapa suele realizarse en cámaras de fermentación climatizadas a 30°C y 75% de humedad, durante 60 a 90 minutos. Estos parámetros pueden variar según las necesidades de cada pan (Isique, 2014). Para que las levaduras crezcan y la masa suba, las masas esponjadas biológicamente pasan por varias etapas de fermentación. Después de una primera fermentación, la masa se divide y se pesan y trabajan las piezas individuales. A una breve fermentación intermedia le siguen el moldeado y la fermentación de las piezas. En el horno la masa sube y las piezas alcanzan el volumen final deseado. Las levaduras producen CO2 y etanol que, siempre y cuando no se disuelvan en la fase acuosa de la masa, dilatarán las burbujas de aire (102 a 105/mm3) formadas durante el amasado. En el pan de molde blanco, el volumen se incrementa hasta 4 a 5 veces como consecuencia de las fermentaciones de la masa, intermedia y de la pieza individual y continúa hasta 5 a 7 veces en la cocción. La duración de la fermentación varía, depende del tipo de harina, de los aditivos, la concentración de levadura y de la temperatura del horno. La calidad de la harina determina la tolerancia a la fermentación, es decir, el tiempo tras el cual, más tarde o más temprano, debe interrumpirse la fermentación e introducirse la pieza en el horno. 35 En la figura 2 se muestra la influencia del tipo de harina y del tiempo de fermentación en panes cocidos. Las masas de harinas de gluten débil, por ejemplo, fermenta de prisa pero tienen una tolerancia a la fermentación limitada. Si el tiempo de cocción es superior al óptimo, las propiedades sensoriales del producto no serán las adecuadas y esto, ocasionará panes compactos y con gran dureza. Figura 2. Influencia del tiempo de fermentación sobre el producto cocido (Fuente: Belitz, 1992). El reposo se acorta considerablemente si se amasa con mayor energía y/o se modifica la estructura de la masa en la dirección deseada utilizando aditivos de acción rápida (por ejemplo, mezclas de bromato, ascorbato y cisteína) y cantidades relativamente grandes de enzima. Éste es el fundamento del procedimiento de elaboración de la masa de “tiempo cero” (no time) que permite un flujo continuo de la masa. Los tiempos de reposo necesarios durante la elaboración de la masa (intermedio y final) se llevan a cabo en las instalaciones de funcionamiento continuo en salas de fermentación climatizadas, a través de las que se pasan las masas (Belitz, 1992). 36 4.11 Horneado En esta etapa se lleva a cabo la transformación de la masa fermentada en pan, lo que conlleva a la evaporación del etanol producido en la fermentación, evaporación de parte del agua contenida en el pan, la coagulación de las proteínas, transformación del almidón en dextrinas y azúcares menores y pardeamiento de la corteza. El horneado se realiza en hornos y suele durar de 35 a 50 minutos con unas temperaturas del horno de 230 a 300°C, aunque la temperatura en el interior de la masa no pasa de 100°C (Madrid, 1994). El horneado de pan es un proceso tradicional en el que calor, agua, actividad enzimática, almidón y propiedades de la proteína son los principales factores que determinan la calidad del pan. Uno de los cambios físicos principales durante el horneado es el aumento de volumen. Este ocurre a través del calor que aumente la presión del gas en las células, que incluye dióxido de carbono, vapor de agua y etanol vaporizado. En el horneado, el almidón compite por el agua con otros componentes, particularmente con el gluten. Las enzimas aminolíticas son activas para producir maltosa por la acción de la levadura, mientras que las enzimas proteolíticas actúan sobre las cadenas proteínicas. Por consiguiente, los productos de panadería difieren en el grado de gelatinización del almidón dependiendo del calor y las pérdidas de agua asociadas (Rosenthal, 2002). Condiciones de horneado Enlos procesos continuos suelen utilizarse hornos con flujo con calefacción por circulación. Como cinta transportadora se suelen usar mallas (hornos continuos de cinta de mallas) (Rosenthal, 2002). A ciertas temperaturas se forma en la capa externa de las piezas un gradiente de temperaturas, de 200 a 120 °C, debido a que la transferencia de calor en la masa ocurre muy lentamente. En el interior del producto hacia el final de la cocción, 37 dependiendo de la estabilidad de la corteza frente al ascenso de la presión de vapor de agua, se alcanzan temperaturas de 98 a 106°C. El agua añadida durante la preparación de la masa sólo se evapora en las proximidades de la corteza. Por difusión de agua al interior del pan, el contenido de ésta en la miga fresca puede ser incluso algo superior al de la masa. La concentración de vapor de agua del horno también tiene importancia en el resultado de la cocción. Se regula por adición de vapor. En la tabla 5 se muestran diferentes tipos de pan elaborados a base de harina de trigo y centeno. Las piezas de pan con mayor peso requerirán un mayor tiempo de cocción, en particular las elaboradas a base de harina de centeno. Es importante cuidar la temperatura de horneado. Si la temperatura de horneado es superior a lo requerido, el pan se quemará. Pero si la temperatura de horneado es demasiado baja, la pieza requerirá mayor tiempo de cocción y puede resultar en un pan con un aspecto demasiado compacto. Tabla 5. Tiempos y temperaturas de cocción Producto panario Peso (g) Tiempo de cocción Temperatura del horno (°C) Panecillos 45 18 a 20 min 250 a 240 Pan de trigo, libre 500 25 a 30 min 240 a 230 Pan de trigo, molde 500 35 a 40 min 240 a 230 Pan de trigo, libre 1000 40 a 50 min 240 a 220 Pan de centeno, mezcla libre 1500 60 a 70 min 260 a 200 Pumpernickel, molde 3000 16 a 24h 180 a 100 Fuente: Belitz, 1992 38 El agua evaporada durante la formación de la corteza supone una pérdida de peso que, dependiendo de la forma y tamaño del producto y del proceso de cocción, puede suponer el 8 a 14% de la masa en el caso del pan (Belitz, 1992). Cambios físicos y químicos durante el proceso del horneado Es conocido que después del horneado comienza la retrogradación del almidón, causando un endurecimiento en el pan y su pérdida de frescura. Se ha observado que altos contenidos de grasa y levadura disminuyen la firmeza máxima del pan durante su almacenamiento, lo cual se considera un beneficio debido a que la firmeza del pan se relaciona con su envejecimiento (Magaña, 2011). Cambios en la textura durante el horneado La textura espumosa de la masa se transforma debido a la cocción en la textura esponjosa de la miga. Hasta 50°C aprox., las levaduras producen CO2 y etanol, al principio a velocidad creciente. Simultáneamente el agua y el etanol se evaporan, lo que junto con el CO2 liberado hace que se expandan las burbujas de gas ya existentes, con lo que el volumen del producto aumenta todavía más, a temperaturas más bajas disminuye la viscosidad de la masa, alcanza un mínimo a 60°C aprox., y vuelve a subir bruscamente. Está subida está causada en parte por la imbibición del almidón y la salida de amilosa ligada a ella y por otra por la desnaturalización de proteínas. Estos procesos tienen como consecuencia que por encima de unos 60°C la tensión de dilatación de la masa y la presión en las burbujas de gas aumenten fuertemente. Las membranas ceden, se hacen permeables, de manera que el CO2, el etanol y el vapor de agua se escapan y el volumen del producto vuelve a disminuir un poco, hasta que las proteínas desnaturalizadas con el almidón hinchado y parcialmente gelatinizado forman un entramado estable en la miga, atravesado por poros que tienen un diámetro mínimo de 3µm. Las membranas de pared fina que soportan al dilatarse grandes elevaciones de temperatura sin hacerse permeables a los gases, son condición para un producto 39 con un gran volumen, con poros finos y uniformes. Una proporción relativamente alta de glutelinas de elevado peso molecular en el gluten repercute aquí positivamente, porque conduce a membranas impermeables a los gases y muy expandibles. Las masas de trigos con malas propiedades panarias son permeables a los gases incluso a temperaturas relativamente bajas y el volumen del producto resulta pequeño. La magnitud del hinchamiento del almidón depende de la cantidad de agua ligada durante la preparación de la harina sobre todo por las prolaminas, glutelinas y pentosanos. Durante la cocción, éstas ponen a disposición una parte del agua para la imbición del almidón. Si este se muy poco, se formará una miga quebradiza y si está demasiado embebido la miga será pringosa. A diferencia de la miga, el almidón de la superficie de la corteza se gelatiniza casi por completo y se cuece debido al vapor generado. En la tabla 6 se observa que el volumen específico (volumen/ peso) del pan blanco es superior al de los panes elaborados únicamente con harina de centeno y con mezclas de harina de centeno y trigo. Debido a que el pan de centeno tiene un menor volumen su miga es más firme y menos elástica Tabla 6. Volumen específico de diferentes tipos de pan Tipo de pan Volumen especifico (mL / g) Pan tostado 3,5 a 4,0 Pan blanco 3,3 a 3,7 Pan de trigo mezclado 2,5 a 3,0 Pan de centeno mezclado 2,1 a 2,6 Pan de centeno 1,9 a 2,4 Fuente: Belitz, 1992 40 Las vitaminas del grupo B disminuyen en distinta medida durante la cocción. En el pan blanco, las pérdidas son para la tiamina del 20% al 50%, para la riboflavina del 6 al 14% y para la piridoxina de 0 a 15%. El almidón se degrada a dextrinas, mono y disacáridos a las temperaturas relativamente altas a las que se expone la parte más externa de la masa. Las reacciones de caramelización y pardeamiento no enzimático tienen como consecuencia la formación de color. Se forma la corteza, cuyo espesor depende de la temperatura y el tiempo de cocción y del tipo de producto (Belitz, 1992). En la tabla 7 se menciona la composición química de diferentes tipos de pan. Como se puede observar, el pan de centeno integral, es el que posee mayor contenido de agua, fibra y minerales. Tabla 7. Composición química de diferentes tipos de pan Tipo de pan Agua (%) Proteína (%) Carbohidratos digeribles (%) Fibra (%) Lípidos (%) Minerales (%) Pan blanco 38,3 8,2 49,7 2,9 1,2 1,6 Pan mixto de trigo 37,6 6,7 41,6 4,1 1,1 1,5 Pan mixto de centeno 39,1 6,9 41,0 4,9 1,1 1,8 Pan de centeno 38,1 6,7 39,4 5,5 1,0 1,5 Pan de centeno integral 42,0 7,3 36,3 7,2 1,2 2,3 Fuente: Belitz, 1992 41 Aroma durante el proceso de horneado Dos compuestos heterocíclicos nitrogenados, además del furaneol y del 3- metilbutanal son los responsables de las notas aromáticas a tostado y a caramelo de la corteza. En el aroma de la miga participan productos de la autooxidación del ácido linoleico como el metional y el diacetilo. Si la fermentación de la masa es más prolongada, en la miga aumenta el 3-metilbutanol y el 2-feniletanol formados por las levaduras. En la miga las concentraciones de 2-acetil-1-pirrolina y de 2-acetiltetrahidropiridina son 30 veces menores que en la corteza, porque sólo en la proximidad de ésta la temperatura alcanza los valores suficientes para la liberación de las sustancias aromáticas o de sus precursores de la levadura. Las diferencias entre el aroma de la corteza del pan blanco y el de centeno se deben a que en el primero se forma en concentraciones considerablemente mayores la sustancia aromática con el menor umbral conocido hasta ahora de todas las sustancias aromáticas del tostado, la 2-acetil-1-pirrolina. Por el contrario, en el pan de centeno se forman pirazinas, 3-metilbutanal, diacetilo, 1-octen-3-ona, 2,5-dimetil-3-etilpirazina y fenilacetaldehído
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