RESUMEN

El objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto de la incorporación de proteínas de suero caseario y de harina de soja sobre los parámetros de calidad de galletitas dulces (cookies). A partir de los resultados obtenidos se define una formulación con un contenido y calidad proteica superior a las formulaciones comerciales y con aceptable calidad sensorial. Se utilizó una formulación de galletitas para molde rotativo, adaptable al sistema de laminación y corte en planta piloto. Sobre la base de esta formulación se realizó el reemplazo parcial de harina de trigo por concentrado proteico de suero caseario y harina de soja. Se utilizó el método de superficie de respuesta para analizar la influencia de estos factores sobre: proteína total, lisina disponible por 16 gramos de nitrógeno total, lisina disponible por 100 gramos de muestra, pérdida de lisina disponible durante el procesamiento y puntaje en evaluación sensorial. El incremento del contenido de agua en la formulación tuvo como efecto un aumento de los valores de lisina disponible por provocar un retardo en el desarrollo de la reacción de Maillard, siendo el 23% su óptimo de utilización Los valores óptimos de reemplazos con harina de soja y concentrado proteico de suero caseario (CPSC) fueron de 13% y 3% respectivamente. Se concluye que la incorporación de harina de soja en galletitas dulces permite un aumento tanto del contenido proteico como de la calidad de la proteína resultante, mientras que, el agregado de CPSC produce un aumento del contenido proteico pero genera una importante disminución de la calidad de estas proteínas debido a la pérdida de disponibilidad de lisina.

Palabras clave: Galletitas dulces, nutrición, lisina disponible, harina de soja, concentrado proteico de suero caseario, reacción de Maillard.

Effect of increased protein content on nutritional and sensory quality of cookies

SUMMARY

The objective of this work was to study the effect of soy flour and whey protein concentrate (WPC) on cookies quality. An optimal recipe showing improved protein quality and content as well as acceptable sensory quality was defined taking into account the results obtained. Rotary moulded cookie formulation adaptable to lamination and cutting in pilot plant was used. Wheat flour from this formulation was partially replaced by whey protein concentrate and full fat soy flour. Second order models were employed to generate response surfaces for: total protein, lysine by 16 grams of total nitrogen, lysine by 100 grams of sample, loss of lysine during processing and sensory evaluation of cookies. We could obtain an effect on available lysine value when water content was increased in the formulation because a delay in the Maillard reaction. The optimal formulation contains 13% of full fat soy flour, 3% of whey protein concentrate and 23% of water. The results demonstrated that the protein content and the protein quality of the supplemented flours were increased when soy flour was added in the formulation of cookies. On other hand, protein content was increased but protein quality was decreased when WPC was used, because of available lysine loss.

Key words: Cookies, nutrition, available lysine, soy flour, whey protein concentrate, Maillard reaction.

Recibido: 20/02/2007 Aceptado: 13/11/2008

INTRODUCCION

Una de las herramientas utilizadas para combatir los efectos de la malnutrición en niños ha sido el desarrollo de alimentos de consumo masivo con propiedades nutricionales mejoradas mediante el agregado de ingredientes de alto valor nutricional (1).

A pesar de no ser un alimento principal en la dieta, las galletitas dulces (cookies) ofrecen características que las hacen atractivas como medio de fortificación. Estas son su larga vida útil que permite la producción y distribución a gran escala y su alto grado de aceptabilidad, principalmente por parte de los niños (2,3).

La incorporación de harina de soja en galletitas dulces como forma de mejorar la calidad proteica de la harina de trigo ha sido estudiada ampliamente. Singh y Mohamed (4) encontraron que la incorporación de harina de soja en galletitas dulces destinadas a dietas bajas en carbohidratos producía una evidente mejora en la calidad nutricional sin afectar la dureza y la actividad de agua de las mismas. Además, se considera que por su elevado contenido en lisina es adecuada para la suplementación de harina de trigo (5,6).

El agregado de derivados proteicos de soja en galletitas dulces ha dado como resultado una reducción de su diámetro y un aumento de su espesor respecto al testigo (2,5,7) así como una masa más seca y desgranable que la utilizada como testigo (7).

El agregado de emulsionantes (2) o lecitina de soja (5) redujo el efecto negativo de los derivados de soja sobre las galletitas.

El Concentrado Proteico de Suero Caseario (CPSC) se obtiene concentrando proteínas a través de distintos métodos, de los cuales la ultrafiltración es el más utilizado. Este producto está constituido por proteínas, lactosa, sales y una pequeña cantidad de lípidos. La utilización de CPSC en la masa de galletitas dulces produce un incremento en el diámetro de las mismas y una coloración más oscura (8). Por su parte, Kadharmestan et al (9) obtuvieron similares resultados utilizando el CPSC sin tratamiento alguno. Sin embargo con la utilización de ese mismo CPSC pero sometido a tratamiento térmico encontraron que produce una reducción en el diámetro de las galletitas elaboradas.

La principal causa de daño nutricional en proteínas, durante el almacenamiento y el procesamiento de alimentos, es tal vez la reacción de Maillard (10,11,15). Hay evidencias que indican que el deterioro en el valor nutricional de la proteína afectada por la reacción de Maillard se debe fundamentalmente a la pérdida de disponibilidad de la lisina (12).

Durante la cocción de galletitas se dan una serie de condiciones que favorecen la reacción de Maillard: tratamiento térmico severo, un producto de poco espesor que permite la penetración del calor a toda la masa del producto, bajo contenido de humedad, pH neutro o levemente alcalino y presencia de proteínas. Hurrell y Finot (13) consideran sin embargo que la reacción de Maillard no tiene lugar en productos cuyas formulaciones no incluyen azúcares reductores ya que la sacarosa no parece invertirse en mayor grado durante el horneado.

El objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto de la incorporación de concentrado proteico de suero caseario y de harina de soja sobre los parámetros de calidad de galletitas dulces. A partir de los resultados obtenidos se define una formulación para la elaboración de galletitas dulces (cookies) con un contenido y calidad proteica superior a las formulaciones comerciales y con una aceptable calidad sensorial.

MATERIALES Y METODOS

Materias primas

Las galletitas se elaboraron con harina de variedad trigo pan debido a que en la República Argentina no se cultivan variedades de trigo blando (soft) (14). Se utilizó además CPSC comercial obtenido por ultrafiltración y secado en spray; huevo entero deshidratado y harina de soja entera enzimáticamente activa (la actividad ureásica de la harina de soja fue de 1,86 unidades de pH). La Tabla 1 muestra los valores de contenido de proteína total, humedad y lisina disponible de los ingredientes que realizan aporte proteico a las galletitas elaboradas.

• Color (10 puntos): El color levemente tostado y homogéneo es el máximo.

• Estructura (10 puntos): Se considera óptima una estructura con presencia de láminas o capas.

• Base (10 puntos): Superficie inferior, con color homogéneo y sin ondulaciones.

• Superficie (10 puntos): Es la parte superior del producto y no debe presentar ampollas.

• Levantamiento (10 puntos): Es el espesor de la galletita, apreciado por el evaluador.

• Fragilidad (10 puntos): Es la sensación percibida al romper una galletita con las manos.

• Masticabilidad (15 puntos): Sensación percibida al masticar.

• Sabor (25 puntos): Presencia de sabores específicos otorgados por los ingredientes utilizados.

RESULTADOS

Los valores de las respuestas analizadas son presentados en la Tabla 2. Los resultados de los análisis de variancia (ANOVA) para cada respuesta pueden observarse en la Tabla 3. La prueba de Fisher para la falta de ajuste dio un resultado no significativo (p>0,05) para todas las respuestas. La Tabla 4 muestra los valores de los coeficientes correspondientes a las ecuaciones de segundo grado.

DISCUSION

Se debe destacar que si bien el huevo deshidratado participa como ingrediente en la formulación, su aporte en proteínas y lisina es constante en todos los ensayos experimentales. Por lo tanto, en esta discusión sólo se considera el efecto de aquellos ingredientes que son variables del sistema: harina de soja, concentrado proteico de suero caseario y agua.

El análisis del efecto de cada uno de los factores estudiados sobre las respuestas LDN, LDM y PLD nos permite inferir lo siguiente:

1. La harina de soja incorporada en cantidades crecientes en la formulación de galletitas dulces (cookies) produce un aumento del nivel de lisina disponible tanto por 16 g de nitrógeno como por 100 g de muestra. A su vez, este factor no posee influencia significativa en el nivel de deterioro de la calidad proteica durante el proceso de elaboración, evaluado a través de PLD.

2. El CPSC produce una disminución significativa de la calidad proteica de las galletitas dulces, evaluada a través de Lisina disponible por 16 gramos de nitrógeno. También se verifica que el aumento del contenido de CPSC produce un efecto altamente significativo en la pérdida de lisina disponible, pero no tiene una influencia significativa sobre la Lisina disponible expresada por 100 gramos de muestra.

3. La correlación positiva entre el contenido de CPSC y la pérdida de Lisina disponible era esperable dado el elevado contenido de lactosa (45%-48%) del CPSC utilizado en estas experiencias. La incorporación de un azúcar reductor como la lactosa aporta uno de los reactivos necesarios para el desarrollo de la reacción de Maillard.

4. El aumento del contenido de agua produce un incremento significativo del contenido de lisina disponible, expresado tanto a través de LDN como de LDM; produciendo además una disminución significativa del deterioro de la calidad proteica estimado a través de la PLD. La relación entre el contenido de agua y la pérdida de lisina disponible mostrada por el modelo permite suponer que el agregado de agua en la formulación produce una disminución de la PLD al afectar la reacción de Maillard durante el horneado. Los antecedentes bibliográficos indicarían que esta influencia puede darse a través de dos mecanismos:

   1. La actividad de agua, directamente relacionada con la humedad, tiene una influencia significativa en el desarrollo de esta reacción (21,22). Jokinen et al (23) reportaron que la dependencia de la pérdida de lisina disponible con la actividad de agua se da a través de una función cuadrática. El máximo de pérdida de lisina disponible se produce en valores de actividad de agua entre 0,65 y 0,70. En el estudio de Piazza y Massi (24) sobre modificaciones reológicas y desarrollo de color en el horneado de galletitas dulces (cookies) se reporta que el pardeamiento se observa cuando la actividad acuosa alcanza un valor aproximado de 0,7. De acuerdo a estos antecedentes, se puede estimar que el agregado de cantidades crecientes de agua provocaría que la masa de galletita durante la cocción necesite más tiempo para alcanzar el valor de actividad de agua correspondiente a una velocidad máxima de la reacción de Maillard.

   2. La modificación del perfil de temperatura de la galletita en función del tiempo de cocción. Un mayor contenido de agua haría necesario más tiempo para que la temperatura de la superficie de la galletita alcance el valor al cual la reacción de pardeamiento se acelera. Broyart et al (25) analizaron la cinética del pardeamiento en galletitas durante el horneado. Los resultados de este trabajo indican que el pardeamiento medido como disminución de color (lightness) no se produce hasta que la temperatura del producto no alcanza un valor crítico que se encuentra entre 100°C y 110°C. Chevallier et al (26) reportaron que la disminución de la concentración de azúcares reductores en la superficie de galletitas durante el horneado se produce cuando la temperatura del producto alcanza los 95°C.

Evaluación sensorial

Los componentes cuadráticos de los factores analizados son altamente significativos, o sea a nivel p<0,01, mientras que el término lineal del contenido de CPSC es sólo significativo a nivel p<0,05. Por su parte, los componentes lineales de las variables, contenido de harina de soja y contenido de agua, son no significativos. Tampoco tienen un efecto significativo los productos cruzados que representan las interacciones lineales entre los factores (Tabla 4).

Verificación de los modelos obtenidos

Para obtener una formulación que aporte la máxima cantidad posible de proteínas de buena calidad y que sea también aceptable desde el punto de vista sensorial, siempre dentro del dominio experimental, se tuvieron en cuenta los resultados de las propiedades nutricionales tales como contenido proteico y lisina disponible por un lado, y el resultado de la evaluación sensorial por el otro. De acuerdo a esto, la formulación utilizada experimentalmente para verificar el modelo de predicción se definió con un valor bajo de CPSC y alto de harina de soja. Estos valores de las variables fueron: Contenido de harina de soja: 13%, Contenido de CPSC: 3% y Contenido de agua: 23%.

Los valores experimentales fueron: P (11.5), LDN (3.97), LDM (0.46), PDL (11.07), PES (75.0) que se encuentran dentro del intervalo de confianza del 95% en el modelo de predicción. Teniendo en cuenta que los valores experimentales se encuentran dentro de los rangos de confianza estimados para cada modelo se puede concluir que los modelos seleccionados permiten predecir adecuadamente los valores de las respuestas.

CONCLUSIONES

Desde el punto de vista nutricional se puede concluir que la incorporación de harina de soja en la elaboración de galletitas dulces (cookies) permite un aumento tanto del contenido proteico como de la calidad de la proteína resultante en las galletitas; mientras que, el agregado de CPSC permite un aumento del contenido proteico pero genera una importante disminución de la calidad proteica debido a la pérdida de disponibilidad de lisina.

Por su parte, el aumento del contenido de agua en la formulación tiene como efecto un incremento de los valores LDN, LDM y una disminución de PLD a causa de provocar un retardo en el desarrollo de la reacción de Maillard.

Finalmente, se obtiene una formulación con un reemplazo de 13% de harina de soja y 3% de CPSC trabajando con un 23% de agua. Esta fórmula permite obtener un producto con un contenido proteico (N x 6,25) de 11,5%. El producto contiene 4,02 gramos de lisina disponible por 16 gramos de nitrógeno, lo que representa un aumento del 46% respecto al contenido de lisina disponible de la harina de trigo utilizada y da lugar a un cómputo químico de 90% si se considera que la lisina es el aminoácido limitante en esta mezcla proteica. El valor de actividad ureásica fue menor a 0,3 unidades de pH. Un puntaje de 75 fue otorgado por el panel a los atributos sensoriales, lo que corresponde a una calificación de “ bueno”.

REFERENCIAS

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