Optimización de la formulación y elaboración de masas para la producción industrial de pastas y croquetas sin gluten

Abstract

[SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. El consumidor de alimentos sin gluten demanda, cada vez más, mayor variedad de alimentos de este tipo, con gran calidad sensorial y nutricional, y buen precio, y además que cumplan con unas buenas condiciones de seguridad alimentaria. Se demandan productos de gran consumo, que se puedan adquirir con relativa facilidad en cualquier supermercado. Pero, para esto es preciso que estos alimentos sean también muy bien aceptados por cualquier consumidor, incluyendo los no celíacos. La ausencia de gluten es el factor limitante en la elaboración de este tipo de alimentos, porque el gluten proporciona la textura necesaria para obtener unas adecuadas propiedades sensoriales en el producto acabado, y, además, el gluten hace posible que la masa tenga unas adecuadas propiedades viscoelásticas que permiten su elaboración a escala industrial. Es por ello que, en esta Tesis, se realiza un amplio estudio de las propiedades reológicas de estas masas sin gluten durante su elaboración. En efecto, la reología es la ciencia que proporciona las técnicas más usadas para caracterizar las propiedades viscoelásticas y de textura de estas masas, y poder determinar la formulación más adecuada de los ingredientes de las mismas. Estos ingredientes y su procesado influirán en las propiedades reológicas que determinan la capacidad de industrialización de los diferentes productos sin gluten. En esta Tesis se estudia la elaboración de platos preparados sin gluten, que implican la elaboración de masas con harina de arroz, como es el caso de las croquetas y los platos preparados de pasta, como son los canelones y la lasaña. Se trata de productos precocinados que requieren un último calentamiento para su degustación, y que habitualmente se comercializan refrigerados o congelados, por lo que son alimentos de rápida preparación y fácil consumo. Además, pueden tener buenas características sensoriales y nutricionales debido a las propiedades que les aporta la harina de arroz. Son alimentos con cierto valor nutracéutico, ya que la harina de arroz posee sustancias beneficiosas para la salud y con propiedades antioxidantes como es el ɣ-orizanol. Y, en el caso de las croquetas, la formulación estudiada junto con la formulación propuesta para el empanado, a base de harina de arroz, puede conseguir una reducción importante de la absorción de aceite durante la fritura, en comparación con las croquetas elaboradas con harina de trigo, lo cual se corresponde con la demanda del consumidor de alimentos saludables. La sustitución de la harina de trigo por harina de arroz requiere la adición de hidrocoloides, como la goma xantana, para reforzar la estructura. Los hidrocoloides incrementan la viscosidad de las masas y el tamaño de los gránulos de almidón, haciendo más fácil la manipulación y el procesado industrial, mejorando el ratio de cristalización de la amilopectina y acelerando el proceso de gelatinización de las masas sin gluten. Las croquetas, durante su elaboración sufren una etapa de gelatinización y retrogradación del almidón, que da lugar al desarrollo de propiedades mecánicas que la hacen industrialmente manejable. Este proceso está influenciado por la harina usada en la formulación. En esta Tesis se plantea una nueva formulación de la masa de croquetas donde la harina de arroz se usa en combinación con goma xantana, para conseguir unas propiedades viscoelásticas que hacen posible su industrialización. Las croquetas se engloban dentro de los alimentos empanados, donde la característica más valorada es la textura crujiente exterior combinada con una textura interior suave y jugosa, que se consigue durante la fritura. Además, hay que tener en cuenta que el consumidor demanda productos fritos, debido a los citados atributos sensoriales, pero bajos en grasa. Pero, la consecución de todas estas mejoras de calidad sensorial y nutricional en el producto frito viene determinada principalmente por la composición y los ingredientes que se utilizan en su fabricación. Es por ello que en esta Tesis se propone una formulación y un procedimiento de elaboración de la masa de las croquetas, así como del pan rallado empleado para su empanado, a base de harina de arroz (blanco o arroz integral) que permiten reducir la absorción de aceite durante la fritura con respecto al mismo producto elaborado totalmente con harina de trigo. Se ha obtenido que formulando la masa de las croquetas y el pan rallado con harina de arroz se consigue una reducción significativa de la absorción de aceite durante su fritura (del 27 % cuando se usa harina de arroz blanco, y una reducción del 65 % cuando se utiliza harina de arroz integral). Además, con la nueva formulación de pan rallado de harina de arroz que se ha obtenido en esta Tesis se consigue reducir también la absorción de aceite durante la fritura en nuggets de pollo (en un 28%), si se comparan con los nuggets empanados con pan rallado de trigo. Por otro lado, en esta Tesis se realiza un estudio de la fabricación industrial de pasta sin gluten en hojas para la elaboración de platos preparados sin gluten, como la lasaña o los canelones. La pasta tradicional se elabora mediante harina de trigo, y tiene unas adecuadas características de textura que permite la fabricación industrial de pasta en hojas de grandes dimensiones. La elasticidad necesaria se debe principalmente al gluten contenido en la harina de trigo. La elaboración industrial de pasta sin gluten en hojas plantea importantes problemas tecnológicos, ya que las láminas se rompen con facilidad y son difíciles de manejar a escala industrial. En esta Tesis se ha obtenido una composición y un procedimiento de elaboración de pastas sin gluten en hojas, a base de harina de arroz, que permite su fabricación industrial sin implicar grandes cambios en los procesos tradicionales de fabricación de este tipo de pastas a partir de harina de trigo. Mediante ensayos en texturómetro se ha obtenido que la formulación propuesta de masa de pasta sin gluten en hojas consigue un incremento de la fuerza máxima biaxial de hasta un 159% y un incremento de hasta un 127% de la extensibilidad de las láminas de pasta, con respecto a las formulaciones establecidas en las patentes actuales para la elaboración de pasta sin gluten. El arroz es una fuente rica en ɣ-orizanol, que es una mezcla de esteril-ferulatos característica de este cereal. Se ha comprobado científicamente que este compuesto es eficaz en el tratamiento de diferentes enfermedades. Por ello, se ha estudiado especialmente este compuesto en los platos preparados a base de pasta de arroz objeto de esta Tesis. Se ha analizado el efecto del calentamiento previo al consumo de estos platos en la degradación del ɣorizanol contenido en la pasta de arroz. Los tipos de calentamiento y tiempos estudiados son los habituales que se pueden utilizar en platos preparados tanto refrigerados como congelados (en horno con vapor, en horno convencional de aire caliente, en horno microondas; y tiempos de calentamiento de 5 y 15 minutos). Se ha obtenido que el ɣ-orizanol contenido en la pasta parece ser térmicamente estable para los diferentes tipos de cocinado estudiados, y que el proceso de molienda del arroz (de obtención del arroz blanco) produce una eliminación de aproximadamente el 90% del ɣ-orizanol contenido en el arroz integral.

[ENG] This doctoral dissertation has been presented in the form of thesis by publication. The consumer of gluten-free foods increasingly demands greater variety for this kind of foods, with high sensory and nutritional quality, and good price, and they must complying with a good food safety conditions. It is searching for gluten-free products widely consumed and readily available in supermarkets. But for this it is necessary that these gluten-free foods are also very well accepted by all consumers, including the non-celiac ones. The absence of gluten is the limiting factor in the development of this type of products, because gluten gives the necessary texture for obtaining adequate sensory properties in the finished product. Also, gluten enables that dough achieves the adequate viscoelastic properties for allowing their handling at industrial scale. That is why, in this Thesis a comprehensive study of the rheological properties of these gluten-free doughs along processing is performed. Indeed, the rheology is the science providing the most used techniques for characterizing the viscoelastic properties and texture of these doughs, and to determine the most suitable formulation of their ingredients. These ingredients and the processing will influence the rheological properties that determine the ability of industrialization of different gluten-free foods. This Thesis studies the elaboration of gluten-free ready meals, with preparation of the corresponding doughs using rice flour, such as croquettes and prepared meals based on pasta (cannelloni and lasagna). They are pre-cooked meals that require heating before consumption, and usually are sold chilled or frozen. They are convenience foods with quick preparation and easy consumption. They can have good sensory and nutritional characteristics due to the properties provided by the rice flour. They are foods with certain nutraceutical value, because the rice flour has compounds with antioxidant activity and healthy effects, such as ɣ-oryzanol. And, in the case of the croquettes, the studied filling dough formulation along with the formulation proposed for the breading, based on rice flour, enables a significant reduction in oil absorption during frying, if compared to croquettes made with wheat flour. These products are in line with the consumer demands for healthy foods, with less fat. The replacement of wheat flour by rice flour requires the addition of hydrocolloids, such as xanthan gum, to recover the structure. Hydrocolloids increase the viscosity of the doughs and size of the starch granules, making easier the handling and the industrial processing, improving the crystallization rate of amylopectin and accelerating the gelatinization process of gluten-free dough. Along elaboration of croquettes a stage of gelatinization and retrogradation of starch is produced, which leads to the development of mechanical properties in the dough which make it industrially manageable. This process is influenced by the flour used in the formulation. This thesis proposes a new formulation of the filling dough of croquettes where rice flour is used in combination with xanthan gum to achieve adequate viscoelastic properties that make possible its industrialization. The croquettes are breaded products, for which the most popular feature is the outer crispy texture combined with a soft and juicy texture in the interior that is achieved during frying. Also, it is necessary to keep in mind that the consumer that is searching for fried products with these so appreciated sensory attributes, also want that they be low in fat. Achieving all these improvements in sensory and nutritional quality of the fried products is mainly determined by the composition of ingredients used in their manufacture. That is why this Thesis proposes a formulation and manufacturing process of the dough of croquettes and bread crumbs, based on rice flour (white or brown rice), for reducing oil absorption during frying if compared to products fully prepared with wheat flour. Gluten-free croquettes, including bread crumbs made from rice flour, obtain a significant reduction in the absorption of oil during frying (27% when white rice flour is used, and a reduction of 65% when using brown rice flour). With the new formulation of breadcrumbs based on rice flour obtained in this Thesis it is also achieved a reduction of oil absorption during frying of chicken nuggets (28%), when compared with nuggets breaded with wheat bread crumbs. On the other hand, this thesis study the industrial manufacturing of gluten-free pasta sheets for the preparation of gluten-free ready meals based on pasta, such as lasagna or cannelloni. Pasta is made traditionally using wheat flour because it provides suitable characteristics of texture that allows the industrial production of pasta in large sheets. The necessary elasticity is mainly due to gluten contained in wheat flour. The industrial processing of gluten-free pasta sheet poses significant technological problems, since the pasta sheets break easily and are difficult to handle on an industrial scale. In this Thesis is proposed a composition and method of preparation of gluten-free pasta in large sheets, using rice flour that allows its industrial production without major changes in traditional manufacturing equipments for pasta based on wheat flour. By means of tests in texturometer it has been obtained that the proposed formulation for pasta dough increased the biaxial maximum force of the pasta sheet up to 159%, and the extensibility in a 127%, respect to the formulations set out by another authors working on gluten-free pasta. Rice is a rich source of ɣ-oryzanol which it is a mixture of steryl-ferulates characteristic for this cereal, and which has been scientifically proven to be effective in the treatment of various diseases. Therefore, it has been specially studied this compound in the gluten-free pasta ready meals based on rice object of this Thesis. The effect of preheating of this ready meals in the degradation of ɣ-oryzanol contained in rice paste has been studied. Heating techniques and times applied in this study are the usually used in both chilled and frozen ready meals (steam oven, conventional hot air oven, microwave oven, and using heating times of 5 and 15 minutes). It has been obtained that the ɣ-oryzanol contained in the pasta appears to be thermally stable for the different types of cooking techniques studied, and that the rice milling (for obtaining white rice) results in removal of approximately 90% of ɣ-oryzanol content in brown rice.