Interacciones proteína-almidón y su aplicación en sistemas modelo

Abstract

La demanda de productos con un elevado contenido proteico está en auge, tanto por las necesidades específicas de algunos sectores de la población (personas mayores, atletas o mujeres embarazadas) como por el interés que despiertan en la población en general. En el campo de los productos a base de cereales, se han realizado estudios de las interacciones proteína-almidón, con el objetivo de entender el efecto de las proteínas sobre el comportamiento del almidón. Esto es importante porque el almidón es el componente mayoritario de los productos horneados a base de cereales y tiene un efecto importante en las cualidades de los mismos. Por otro lado, también existen estudios sobre enriquecimiento proteico de productos horneados a base de cereales. El problema que existe con la bibliografía actual es la gran variabilidad en cuanto a tipos de proteínas, porcentajes, formulaciones, condiciones experimentales, etc.; lo cual hace difícil hacer una comparativa y poder entender el efecto de cada proteína. Además, los porcentajes proteicos incluidos son en general bajos. Esta tesis doctoral se centra en el estudio de las interacciones de proteínas animales y vegetales con el almidón a altos niveles proteicos, y su aplicación en el desarrollo de productos horneados a base de cereales. Se ha estudiado la influencia de cuatro proteínas animales (colágeno, leche, suero de leche y albúmina de huevo) y cuatro vegetales (guisante, arroz, gluten hidrolizado y patata) en el comportamiento de harina de maíz. Las proteínas de colágeno, leche, arroz y guisante incrementaron las propiedades de hidratación de la harina de maíz, mientras que las proteínas de albúmina de huevo, suero de leche, gluten hidrolizado y patata las disminuyeron. Respecto a la evolución de la viscosidad de la harina durante un ciclo de calentamiento y enfriamiento, también se vio afectada por la presencia de las distintas proteínas. Así, las proteínas de colágeno, leche, suero de leche y las cuatro proteínas vegetales estudiadas decrecieron la viscosidad en todos los puntos de la curva, mientras que la presencia de proteína de albúmina de huevo la aumentó drásticamente. Además, las temperaturas de gelatinización también se vieron incrementadas por la presencia proteica, de forma más evidente con la proteína de albúmina huevo. Cuando se evaluó el efecto del pH (4.5, 6.0, y 7.5), con mezclas de almidón de maíz con proteínas de guisante, arroz, albúmina de huevo y suero de leche, se observó que la capacidad de fijación de agua fue mayor a pHs cercanos a los puntos isoeléctricos de las proteínas, donde estas son menos solubles. Además, las mezclas a pHs ácidos dieron picos de viscosidad más bajos, menos en el caso de las mezclas con proteína de albúmina de huevo, donde el pico se vio incrementado. Respecto a la dureza, en general los geles con proteína presentaron durezas menores a los geles con solo almidón, sin haber diferencias significativas entre pHs. En base a estos primeros resultados, se seleccionaron algunas de estas proteínas para realizar un enriquecimiento proteico de productos horneados a base de cereales (panes sin gluten, bizcochos sin gluten y galletas) mediante la sustitución de hasta un 45% de la harina/almidón por proteínas. Debido a que algunas proteínas presentaron efectos antagónicos sobre las propiedades del almidón, algunos enriquecimientos proteicos de productos (los de panes sin gluten y bizcochos sin gluten) también se realizaron con mezclas de las mismas, con la hipótesis de que el uso de mezclas podría resultar en productos finales con características más parecidas a las de los productos sin enriquecer. En el enriquecimiento proteico de los panes sin gluten, se estudió el efecto de las proteínas de albúmina de huevo, guisante y mezclas de ambas proteínas al sustituir almidón por un 30% de proteína en las características de las masas y los productos finales. Además, se realizó un ajuste de la humedad de cada formulación, con el objetivo de obtener panes con un volumen específico similar al volumen del pan de molde disponible en el mercado (5.5 ± 0.5 cm3/g). Los resultados mostraron que los niveles de hidratación necesarios para alcanzar dicho volumen se vieron incrementados al aumentar la proporción de proteína de guisante en las mezclas. Respecto a las propiedades viscoelásticas de las masas, con el ajuste de humedad optimizado en cada caso para conseguir volúmenes finales de 5.5 ± 0.5 cm3/g, todas las formulaciones con proteína disminuyeron los valores del módulo elástico respecto al control; de una forma más marcada a medida que se aumentó la cantidad de albúmina de huevo. En la textura de los panes sin gluten se observó un comportamiento totalmente diferente, aumentando esta a medida que aumentaba la proporción de albúmina de huevo, y disminuyendo al aumentar la proporción de guisante. Sin embargo, el pan enriquecido a partes iguales con albúmina de huevo y guisante no presentó diferencias significativas con el control en términos de dureza. Por otra parte, en los panes enriquecidos exclusivamente con albúmina de huevo, se observó una estructura de la miga cerrada y uniforme, con pequeñas burbujas de aire distribuidas uniformemente. La presencia de proteína de guisante en la mezcla proteica incrementó el tamaño de dichas burbujas, presentando la estructura de miga más abierta los panes enriquecidos con albúmina de huevo y guisante a partes iguales. A partir de este punto, la estructura se volvió a cerrar progresivamente con el aumento de la proporción de proteína de guisante, aunque no se llegó a una estructura tan cerrada y uniforme como cuando solo estaba presente proteína de albúmina de huevo. El enriquecimiento proteico de bizcochos se realizó sustituyendo un 45% de la harina con proteínas de guisante, suero de leche y albúmina de huevo, así como mezclas de las mismas. Un mayor contenido de proteína de guisante aumentó los valores de hidratación, así como la densidad y viscosidad, pero dio lugar a bizcochos con durezas menores que aquellos donde la proporción de suero de leche y/o albúmina de huevo en la mezcla proteica dominaba, siendo la dureza mayor al aumentar la proporción de albúmina de huevo. Además, el aumento de la proporción de esta proteína resultó en un aumento de la cohesividad. Por otra parte, el volumen específico aumentó a medida que se aumentó la proporción de proteína de suero de leche en la mezcla. Además de estas tendencias generales, se observaron interacciones, especialmente en la densidad, donde algunas mezclas proteicas dieron lugar a densidades mayores que aquellas observadas con cada proteína de manera individual (e.g. masa con mezclas proteicas con una proporción de albúmina de huevo del 60-80% resultaron en densidades más altas que masas enriquecidas exclusivamente con dicha proteína). El análisis sensorial confirmó que la aceptabilidad de este tipo de bizcochos puede mejorarse aplicando mezclas de mayoritariamente suero y guisante. El enriquecimiento proteico de galletas se realizó con proteínas de gluten y gluten hidrolizado, sustituyendo un 15, 30 o 45% de la harina. Se observó un incremento de las propiedades de hidratación al aumentar el contenido proteico. La viscoelasticidad de las masas también se vio afectada, dando lugar a masas más elásticas al incrementar el contenido proteico cuando la proteína no estaba hidrolizada, pero más viscosas cuando si lo estaba. Respecto a las características de las galletas, la presencia de la proteína sin hidrolizar resultó en galletas con un menor diámetro y una dureza mayor, mientras que la presencia de la proteína hidrolizada aumentó el diámetro, pero no modificó la dureza respecto al control. Las características sensoriales también se vieron afectas por la presencia proteica. Así, la proteína hidrolizada tuvo un efecto negativo en el sabor, llegando a empeorar la aceptabilidad general cuando el nivel de proteína fue del 45%, mientras que la proteína sin hidrolizar mejoró la percepción visual pero no modificó la aceptabilidad general respecto a la galleta control.