Reacciones quimicas Proceso de Panificacion

Toxicologia y Seguridad Alimentaria Sustancias tóxicas generadas en los procesos de trasformación de los alimentos Danilo Martínez

Reacciones Quimicas generadas en el Proceso de Panificacion El empleo de las harinas de trigo para la alimentación humana, se encuentra entre unos de los procesos más importantes en el mundo, siendo objeto de numerosos estudios científicos y tecnológicos en pro de la calidad del pan. La harina de trigo tiene proteinas en su composición, estas desempeñan un papel fundamental en el proceso de panificación y ademas presenta variaciones en función de la variedad, lugar de cultivo, tecnología de la moliend, entre otras. Una harina panificable se puede considerar una mezcla de: almidón, electrolitos, agua, gluten. Las propiedades panificadoras dependen de la capacidad del hidrogel de absorber agua, en esto influyen la forma de maduración del trigo y el acondicionamiento de la harina. Para llevar a cabo la panificación se prepara una masa con harina, agua, cloruro de sodio (NaCl) (sal comun), a la que se añaden levaduras, esto provoca la fermentación de los azucares formandose dioxido de carbono (CO2) que hace que la masa se esponjosa y con una cualidad elastica que depende del número de partículas coloidales del gluten/unidad de masa y de la capacidad de hinchamiento del gluten. El gluten tiene mayor capacidad de absorber agua, incluso el 200%. La mayor parte del agua que existe en la masa panadera está proporcionada por el almidón ya que presenta 4/5 partes. Su habilidad para formar la red esponjosa está influida por el pH de la masa y la actividad proteolítica del enzima.

Una harina fresca tiene un pH promedio de: 6,0 - 6,2. Pero el pH óptimo para la harina de panificación es 5,0; esto significa que las harinas envejecidas son más aptas para la panificación ya que el envejecimiento la acidifica. La viscosidad y elasticidad de la masa viene dada por: La cantidad de agua. Temperatura a la que se amasa. Tiempo transcurrido desde el amasado. En la elasticidad también influye el potencial redox del medio ya que influye en las proteinas: grupos sh libres potencial reductor, puentes s-s (disulfuro) potencial oxidante. Los fabricantes en el proceso de selección diferencian entre harinas fuertes y blandas en función de su capacidad panificadora. Las harinas fuertes absorben mucha agua y dan masas consistentes y plásticas: panes de buen volumen, aspecto y textura satisfactoria. Las harinas debiles son de poca absorción dando masas pesadas con tendencia a fluir durante la fermentación, originando panes bajos y de textura deficiente. No son aptas para la elaboración de pan pero si para la elaboración de galletas y pastas alimenticias. Las harinas fuertes presentan una diferencia: la proteina glutenina, sin embargo la gliadina es idéntica en ambos tipos. Las propiedades panificadoras están vinculadas a la retención de agua, fenómeno vinculado al endurecimiento del pan, en este fenomeno de endurecimiento influye también la transformación química del almidón, la forma alfa tiene alta capacidad para retener agua, la forma beta menor capacidad. La forma alfa es inestable y tiene tendencia a pasar a la beta, esto se evita manteniendo el pan a temperaturas menores a -20 ºC, a esta temperatura la transformacionmes muy lenta. En el pan también se da otro fenomeno, con el tiempo la corteza puede perder fragilidad: la corteza absorbe agua del ambiente, una humedad superior al 75% perjudica enormemente a la calidad del pan y menores al 65% la corteza pierde agua y se reseca. En la panificación participan levaduras que fermentan los azucares, pero la harina tiene pocos azucares libres. La actividad de los enzimas diastásicos condicionan la fermentación, las cuales varian con el ph y la temperatura.

El proceso tecnológico comprende una serie de reacciones químicas que deben cuidarse si se quiere obtener pan de buena calidad: 1. Tamizado: antes de pasar a la mezcladora se debe tamizar la harina para eliminar cuerpos extraños. 2. Mezclado y amasado: a la harina se le adiciona una cantidad de agua, sal y levaduras calculada a temperatura adecuada para la panificación y se procede al amsado. la finalidad es la homogenización, evitando las bolsas de gas. 3. Corte y moldeado de la masa. 4. Reposado. 5. Fermentación: Manteniendo la temperatura adecuada se provoca una fermentación alcholica. La pricipal levadura utilizada en la industria panadera es la Saccharomyces cerevisiae que metaboliza algunos carbohidratos como la glucosa, maltosa y sacarosa, formandose dioxido de cardono (CO2) y etanol (C2H6O). Durante el proceso el pH disminuye, el gluten se coloca elástico y esponjoso y formará una red tridimensional que contiene CO2. Como productos de la fermentación también se forma: acetaldehído (C2H4O), acetona (C3H6O), ácido pirúvico (C3H4O3), hexanal (C6H12O), benzaldehido (C7H6O).

Datos de la fermentacion en la industria panadera Microorganismos fermentadores Hongos

Saccharomyces cerevisiae Fermentación Alcohólica

Bacterias

Lactobacillus sanfranciscensis, L. bulgaricus, Streptococcus thermophilus, entre otros. Fermentación Láctica

Azúcares presente en la harina de trigo

Polisacáridos:

Almidón 70% del trigo es almidón

xn

Disacáridos:

Al momento de la molienda del trigo, parte del almidón se convierte en azúcares disacaridos y simples.

Maltosa (Más abundante en la harina) Sucrosa

x2

Simples:

Glucosa Fructosa Arabinosa Xylosa

Metabolización a patir de Glucosa

Ácido pirúvico

+

Glucosa 1. Consume preferiblemente Dióxido de carbono

+

Saccharomyces cerevisiae 2. Si no hay glucosa consume

Maltosa

x2 Etanol Glucosa

Enzima Maltasa Separa la maltosa en 2 moleculas de glucosa

Generando

+

+ Acetona

+

Maltosa

Ácido acético

+

Hexanal

+

Consume preferiblemente Benzaldehído

+

Ácido láctico Lactobacillus sanfranciscensis

Fermentación alcohólica Mediante la fermentación alcohólica la glucosa se transforma en 2 moléculas de etanol y 2 de CO2, produciendo 2 ATP. Se inicia con la glucólisis que forma 2 moléculas de piruvato. El piruvato se descarboxila y pasa a acetaldehído que se reduce mediante el NADH + H+ generado en la glucólisis, formando etanol. La fermentación alcohólica es realizada por las levaduras del género Saccharomyces, por ciertas bacterias y microorganismos, y en los tejidos de varias plantas superiores como las raíces del maíz. En la industria tiene interés lo que para los organismos fermentadores son sus productos de desecho, es decir el alcohol o el CO2. En la fabricación de bebidas alcohólicas se utilizan fundamentalmente diversas especies del género Saccharomyces que son anaerobias facultativas: S. cerevisae para fabricar cerveza, güisqui o ron; S.uvarum para el vino; S. cidrii para la sidra. En la fermentación del pan, realizada por cepas especiales de S.cerevisae, lo importante no es el etanol (que es poco y se elimina durante la cocción) sino el CO2 que esponja la masa.

Fermentación láctica Consiste en la formación de lactato a partir de la glucosa, que a su vez puede proceder de la lactosa. En primer lugar la lactosa se hidroliza en glucosa y galactosa; y esta última se isomeriza a glucosa, con lo que el resultado son dos moléculas de glucosa. Se produce la glucólisis y se forman dos piruvatos por cada glucosa. Finalmente el piruvato se reduce a lactato, consumiendo el NADH + H+ producido en la glucólisis. Como en el caso anterior, el rendimiento energético es de 2 ATP por cada glucosa (4 ATP a partir de lactosa).

A mayor fermentación controlada

CO2

Alcohol

Ácidos orgánicos

Crecimiento de la masa

 Mayor tamaño  Miga mas suave

Aroma, sabor y plasticidad

 Mayor fragancia durante el horneado  Gusto mas complejo/Color dorado  Masa mas maleable

Aroma y sabor Fuerza y vida útil

    

Aroma mas excitante y complejo Gusto mas sofisticado Hace panificables harinas de poco gluten Retarda el secado del pan Retarda el crecimiento del pan

6. Horneado: la función prinicpal es inactivar los enzimas, paralizar la fermentación y reacción de maillard. Siempre ha preocupado la conservación del pan, el tiempo de cocción corto, masas poco esponjosas, harinas con altos índices de maltosa afectan desfavorablemente a la conservación; un bajo porcentaje de levaduras, un amasado intensivo a alta temperatura, tiempos cortos de fermentación, tiempos largos de horneado, favorecen la conservación. La congelación acelera el envejecimiento. En algunos paises para mejorar el valor nutritivo del pan se adicionan harinas de soja, concentrados de productos de pescado, pero esto puede perjudicar la calidad bromatológica del pan, para evitarlo se pueden añadir estearil 2 lactato de sodio o estearil 2 lactato de calcio. La harina recien molida no es la más adecuada para panificar, es preciso que transcurra un tiempo de almacén, para que se produzcan cambios relacionados con la oxidación y que son beneficiosos para la panificación, es necesario que toda la harina sea de una maduración uniforme. El tiempo que tarda una harina en madurar es variable, depende de la aireación y de la temperatura ambiental, en los meses de invierno el envejecimiento es más lento. Un almacenamiento prolongado crea problemas económicos, se plantea por lo tanto la aceleración de la maduración.

Sabias que…  La reaccion de Maillard es no una sola reacción, pero una serie compleja de reacciones entre los aminoácidos y los azúcares reductores, por lo general a temperaturas elevadas. Como caramelización, es una forma de pardeamiento no enzimático. En el proceso, cientos de compuestos de sabor, se crean diferentes. Estos compuestos, a su vez se descomponen para formar compuestos de sabor todavía más nuevos, y así sucesivamente. Cada tipo de alimento tiene un conjunto muy distintivo de los compuestos aromáticos que se forman durante la reaccion de Maillard. La reaccion de Maillard es importante en los procesos de hornear, freír saltear, dorar, etc… en casi todos los metodos de coccion que tienen una temperatura elevada.

(Es importante destacar que la reaccion de maillard comienza desde temperaturas desde los 10° C en algunos alimentos.) Esta reaccion de Maillard es (parcialmente) responsable por el sabor del pan, galletas, pasteles, carne, cerveza, chocolate, palomitas de maíz, arroz cocido. En muchos casos, tales como en el café, el sabor es una combinación de reacciones de Maillard y la caramelización. Sin embargo, la caramelización se lleva a cabo sólo por encima de 120-150 ° C, mientras que las reacciones de Maillard ya ocurrir a temperatura ambiente en algunos alimentos por sobre los 10° C. Aunque Maillard estudió durante casi un siglo estas reacciones, estas son tan complejas que todavía muchas reacciones y caminos son desconocidos.

Esquema de reacción del proceso de glucosilación no enzimática de proteínas. (A) Formación de la base de Schiff. (B) Reordenamiento de Amadori. A través de una serie de reacciones complejas los productos de Amadori pueden originar derivados con estructura imidazólica (C) pirrólica (D) y otras diversas (iminas, furanos, piridinas, etc).  Los azúcares reductores son aquellos azúcares que poseen su grupo carbonilo (grupo funcional) intacto, y que a través del mismo pueden reaccionar como reductores con otras moléculas.

Todos los monosacáridos son azúcares reductores, ya que al menos tienen un -OH hemiacetálico libre.  En abril de 2002 se hizo público un estudio de la Universidad de Estocolmo en cooperación con la Administración Nacional de Alimentos de Suecia. Habían hallado que al calentar alimentos ricos en carbohidratos (papa, arroz, harina) se forma una sustancia cancerígena y reactiva: la acrilamida. Según la Agencia Internacional de Investigación del Cáncer, la acrilamida induce mutaciones en los genes, y en experimentos con animales ha causado tumores de estómago. También se sabe que daña el sistema nerviosocentral y el periférico. El estudio sueco indica que las papas fritas que se venden en las cadenas de comidas rápidas contenían alrededor de 1.000 vecesmás que un mcg (microgramo) por litro, el máximo nivel de acrilamida permitido por la OMS para el agua potable. El estudio halló valores de 1.200 mcg en papas fritas de bolsa, 450 mcg en papas fritas caseras, 410 mcg en galletitas, 160 mcg en cereales para desayuno, 150 mcg en snacks de maíz y 140 mcg en el pan. Un estudio posterior realizado en Holanda, confirma en distintos alimentos valores de entre 30 a 3.100 mcg por kilo, siendo los más “dotados” las papas fritas, las papas chips, los snacks y los panificados. Esto se explica por la alta presencia del aminoácido precursor (asparragina, que en la papa representa el 40% de sus aminoácidos), de losazúcares reductores y de las altas temperaturas de procesamiento. Frente a esta advertencia, en 2005 se pronunció el Comité Mixto FAO/OMS de Expertos en Aditivos Alimentarios sobre los posiblesriesgos para la salud asociados a las acrilamidas. El informe final concluye: que "la experimentación con animales ha revelado como efecto tóxico más importante, la presencia de cáncer", que "el consumo de alimentos que contengan este contaminante en las cantidades que se presentan actualmente, puede constituir un peligro para la salud pública", que "los principales alimentos a través de los que se entra en contacto con las acrilamidas son las papas fritas y los productos tostados u horneados elaborados con cereales" y que "los niveles de esta sustancia pueden variar en los mismos alimentos de acuerdo a factores como las temperaturas y tiempos de cocción, y pueden no aparecer en el alimento en estado crudo".

Cibergrafia e Imágenes  Imagen levadura: Gastronomia. Materias primas. Levadura. http://gastroproductos.blogspot.com/2012/11/levadura.html. Cosultado 29 de Septiembre de 2013.  Imagen lactobacilius: The Microbes Involved. http://courses.bio.indiana.edu/L104Bonner/F12/imagesF12/L16/GlycolMPs.html  Formula almidon: Quimica plan fines. Fórmulas desarrolladas o condensadas de compuestos orgánicos. http://quimicaplanfines.blogspot.com/2012/11/formulas-desarrolladas-ocondensadas-de.html  Fermentacion etanol: Biologia sur. Fermentacion. http://www.biologiasur.org/apuntes/base-fisico-quimica/organizacion-yfisiologia-celular/celula-eucarioticaii/metabolismo/caracteristica/fermentacion.html  Imagen ácido láctico: Wikipedia. http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_l%C3%A1ctico  Imagen etanol: Quimica. Quimica organica. Hidrocarburos. http://quimica4bimestre.blogspot.com/  Imagen acetona: Universisad Nacional Autonoma de Mexico. Unidad de infromatica del Instituto de Quimica. Glosario. http://uniiquim.iquimica.unam.mx/GlosarioQ/  Imagen hexanal: Wikipedia http://es.wikipedia.org/wiki/Hexanal  Imagen benzaldehido: Wikipedia. http://es.wikipedia.org/wiki/Benzaldeh%C3%ADdo  Imagen acido piruvico. Culturismo, fittnes, deporte y nutricion. http://culturismofitnessdeporteynutricion.blogspot.com/2012/07/el-acidolactico.html  Reaccion de Maillard: ProfiChef. Reaccion de Maillard. http://www.profichef.com/info-food/otros-origenes/reaccion-de-maillard/  Imagen Reaccion de Maillar: Ciencias bilogicas. La glucosilación no enzimática de proteínas. Mecanismo y papel de la reacción en la diabetes y el envejecimiento. http://www.ciencia.cl/CienciaAlDia/volumen3/numero2/articulos/articulo2 .html

 Problemas de la salud. Espacio depurativo. Cocinar es como fumar. http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:qEUBX9Uqn3EJ:w ww.espaciodepurativo.com.ar/problemas_alimentarios/coccion_cigarrillo.p hp+&cd=5&hl=es&ct=clnk&gl=co