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Tecnología, Ciencia, Educación
ISSN: 0186-6036
Instituto Mexicano de Ingenieros Químicos A.C
México
Magaña-Barajas, E.; Ramírez-Wong, B.; Platt-Lucero, L. C.; López-Ahumada, G. A.; Torres, P.I.;
Sánchez-Machado, D.I.
Caracterización viscoelástica de masas de variedades de trigos suaves
Tecnología, Ciencia, Educación, vol. 24, núm. 1, enero-junio, 2009, pp. 12-22
Instituto Mexicano de Ingenieros Químicos A.C
Monterrey, México
Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=48212169004
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12 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 24 núm. 1, 2009 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 14 núms.1-2,1999 12Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) 24(1): 12-22, 2009
Caracterización viscoelástica de masas de variedades de trigos suaves
* Autor a quien debe enviarse la correspondencia(Recibido: Febrero 12, 2009, Aceptado: Junio 3, 2009)
Resumen
Se caracterizó el comportamiento viscoelástico de masas elaboradas con harinas de variedades de trigos suaves: Cortázar, Salamanca y Saturno. Para evaluar la calidad de la harina, se realizó el análisis bromatológico, de gluten seco, de volumen de sedimentación, de número de caída y parámetros farinográficos. El comportamiento viscoelástico de las masas en la región lineal fue evaluado utilizando el método dinámico en un reómetro de deformación controlada. Las características viscoelásticas obtenidas fueron: Módulo de almacenamiento, módulo de pérdida y tangente del ángulo de fase. Se utilizó un diseño de experimentos completamente al azar. La variedad influyó significativamente en las características viscoelásticas de las masas y las evaluaciones físicas y químicas. El comportamiento viscoso predominó sobre el elástico (Tan δ>0.50). Finalmente, el módulo de almacenamiento, módulo de pérdida y tangente del ángulo de fase se correlacionaron significativamente con la prueba de número de caída (r =-0.928, r =-0.933 y r =0.9369, respectivamente).
Viscoelastic characteristics of dough from soft wheat cultivars
AbstRAct
The behavior of dough prepared with flours from soft wheat cultivars Cortazar, Salamanca, and Saturno was characterized. To evaluate the quality of flours bromatological and wet gluten analyses, as well as sedimentation volume, falling number, and farinograph parameters were performed. Dough visco-elastic behavior at the lineal region was evaluated using the dynamic test in a controlled strain rheometer. The visco-elastic characteristics determined were: Storage modulus, loss modulus, and phase angle tangent. A completely randomized experimental design was used. The cultivar type significantly affected the dough viscoelastic characteristics and the physical and chemical evaluations. The viscous behavior predominated over the elastic ones (Tan δ>0.50). Finally, the storage modulus, loss modulus, and phase angle tangent significantly correlated with the falling number test (r =-0.928, r =-0.933 y r =0.9369, respectively).
Palabras clave: Trigo suave, masa, viscoelasticidad, método dinámico
Keywords: Soft wheat, dough, visco-elasticity, dynamic method
E. Magaña-Barajas 1, 2, B. Ramírez-Wong 1*, L. C. Platt-Lucero, 1, 2, G. A. López-Ahumada1, P.I. Torres 1, D.I. Sánchez-Machado 2
Departamento de Investigación y Posgrado en Alimentos, Universidad de Sonora. Avenida Rosales y Blvd. Luis Encinas s/n. Apartado Postal 1658, 83000, Hermosillo, Sonora, México. Tel:(+62): 59-22-07 y 59-22-09, Fax: 59-22-08. Correo-e (e-mail):
[email protected] de Biotecnología y Ciencias Alimentarias, Instituto Tecnológico de Sonora. Calle Antonio Caso s/n, Col. Villa
ITSON, 85130 Ciudad Obregón, Sonora, México. Tel: (+64)4410 9000 Ext. 1328, Fax: 64444109001
IntRoduccIón
Para evaluar la calidad de los trigos, se considera a la harina como su principal factor y dentro de
las características más importantes de este producto están las propiedades reológicas de sus masas que determinan las condiciones de procesamiento y su uso final. Para la evaluación de las propiedades reológicas de las masas de harina de trigo, los métodos reológicos empíricos (tales como el uso del farinógrafo, alveógrafo y amilógrafo) son utilizados ampliamente por las industria procesadora de trigo, tanto por su rapidez como por su aspecto práctico. La sencillez de estas
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pruebas permite que, con los datos obtenidos, se pueda discriminar la calidad panadera de las masas de trigo y así prever su eficiencia. Por otro lado, se continúa con la búsqueda de métodos reológicos más precisos que contengan fundamentos básicos para que aporten evidencia suficiente de la calidad de las masas de trigo durante su procesamiento. Estos métodos tienen el propósito de entender el comportamiento reológico de los materiales, en este caso la masa, considerando aspectos básicos. Los métodos fundamentales presentan ciertas características: Son independientes del equipo y de la cantidad y forma de muestra; miden propiedades físicas bien definidas y utilizan geometrías fáciles de analizar matemáticamente (Dobraszczyk y Morgenstern, 2003; Rao y col., 2000). De lo anterior resultan pruebas más exactas y sensibles para discriminar entre masas (Agyare y col., 2004; Edwards y col., 2004; Hayta y Schofield, 2005; Liu y col., 2006; Wang y Sun, 2002). Entre los métodos fundamentales se encuentran la determinación de la relación esfuerzo-deformación, la prueba de relajación del esfuerzo, la prueba de deslizamiento (creep, en inglés) y el método dinámico, entre otros.
Dentro de los métodos fundamentales se encuentra el método dinámico, el cual es rápido de llevarse a cabo y requiere muestras pequeñas que no se destruyen, siendo recomendable su uso en la caracterización viscoelástica de masas de trigo (Faubion y col., 1985; Rao, 1999). El método dinámico se realiza en un reómetro (trabajando dentro de la región viscoelástica lineal), empleando generalmente platos paralelos y una oscilación sinusoidal a bajas deformaciones (< 1%), (Faubion y Hoseney 1990; Khatkar y Schofield, 2002; Rao, 1999). Con este método es posible determinar las características viscoelásticas de las masas dependientes de la frecuencia, y los resultados son expresados como el módulo de almacenamiento (G´), el módulo de pérdida (G´´) y la tangente del ángulo de fase (Tan δ).
Con los resultados obtenidos con el método dinámico se han encontrado correlaciones estadísticamente significativas con diferentes evaluaciones. La calidad, masa1 y volumen del pan tuvo una correlación con
la tangente del ángulo de fase (Tan δ) (Autio y col., 2001; Janssen y col., 1996; Van Bockstaele y col., 2008). También se ha relacionado al módulo de almacenamiento (G´) con el volumen y masa del pan (Autio y col., 2001; He y Hoseney, 1991; Mani y col., 1992). Asimismo, se ha encontrado información de los cambios en las propiedades reológicas de las masas causados por diversos factores como el contenido de almidón (Khatkar y Schofield, 2002; Puppo y col., 2005; Smith y col., 1970), contenido y tipo de proteína presente (Hibberd, 1970; Khatkar y Schofield, 2002; Mita y Matsumoto, 1981; Navickis y col., 1982; Smith y col., 1970), porcentaje de humedad (Masi y col., 1998), aditivos (Berland y Launay, 1994), relación almidón-gluten (Miller y Hoseney, 1999), contenido de arabinoxilanos (Santos y col., 2004), contenido de lípidos nativos (Georgopoulus y col., 2006), dependencia de la frecuencia (Hibberd y Wallace, 1966) y efecto de la sal y lípidos en las propiedades reológicas y calidad de productos de panificación (Chiotelli y col., 2004).
El método dinámico también ha sido usado para caracterizar la calidad de las masas con diferentes variedades de trigo y condiciones ambientales (Hayta y Schofield, 2005; Lee y Mulvaney, 2003; Liu y col., 2006; Santos y col., 2004; Unbehend y col., 2004). Finalmente, con esta prueba se ha logrado discriminar entre masas fermentadas y no fermentadas (Newberry y col., 2002) y, específicamente, para distinguir masas de trigos suaves (Agyare y col., 2004; Lee y Mulvaney; 2003).
Por lo anteriormente discutido, se considera que la utilización del método dinámico en conjunto con las pruebas empíricas pueden ayudar a un mejor entendimiento de las características reológicas de las masas de trigo, y así obtener mejores productos finales. El objetivo de esta investigación fue evaluar las propiedades viscoléasticas de las masas de trigo suave utilizando el método dinámico determinado el efecto de la variedad.
mAteRIAles y metodos
materia prima
Se utilizaron muestras de trigos suaves de las variedades Cortázar, Salamanca y Saturno, procedentes de los
1 Masa versus peso: El peso, en física, es la medida de la fuerza que ejerce la gravedad sobre la masa de un cuerpo. Normalmente, se considera respecto de la fuerza de gravedad terrestre. El peso depende de la intensidad del campo gravitatorio, de la posición relativa de los cuerpos y de la masa de los mismos. La masa es una propiedad característica de los cuerpos: la cantidad de materia, y no depende de la intensidad del campo gravitatorio, ni de su posición en el espacio. Por ejemplo, una persona de 60 kg de masa, pesa 60 kg-fuerza en la superficie de la Tierra; pero, la misma persona, en la superficie de la Luna pesaría sólo
unos 10 kg-fuerza; sin embargo, su masa seguirá siendo de 60 kg. Las unidades de peso y masa tienen una larga historia compartida, en parte porque su diferencia no fue bien entendida cuando dichas unidades comenzaron a utilizarse. Cotidianamente, el término “peso” se utiliza a menudo erróneamente como sinónimo de masa. La unidad de masa del SI es el kilogramo, kg
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estados de Guanajuato, Michoacán y Jalisco de México.
obtención de las harinas
Limpieza. Las muestras de trigo se limpiaron con un equipo de limpieza comercial (marca Blount/ferrel-ross, modelo M2BC) y se colocaron en bolsas de plástico hasta su procesamiento.
Acondicionamiento del trigo. Las muestras se acondicionaron de acuerdo al método 26-95 de la Asociación Americana de Químicos en Cereales (AACC, 2000), a una humedad de 14%, y utilizando un acondicionador (marca Chopin Instruments, Villeneuve-La-Garenne, Francia). Las muestras fueron reposadas durante 24 horas antes de elaborarse las harinas.
Molienda. Esta se realizó empleando un molino experimental (marca Brabender, modelo Quadrumat Senior, South Hackensack, NJ) y de acuerdo con el método 26-10 de la AACC (2000). Una vez obtenidas las harinas y con el propósito que obtuvieran su maduración, éstas se dejaron reposar por un período de 15 días.
evaluación de las harinas
Análisis químico. A todas las muestras de harina se les realizó un análisis químico (bromatológico) de acuerdo con los métodos oficiales de la AACC (2000). Los análisis realizados fueron: contenido de proteínas (método 46-13) por medio de la determinación de nitrógeno en un equipo marca LECO, modelo FP-528 (MI, EEUU) y utilizando el factor de N x 5.7, contenido de cenizas (método 08-03) y contenido de humedad (método 44-40).
Prueba de número de caída. El valor del número de caída indica la viscosidad que se da por la actividad enzimática (a-amilasa) en los enlaces de almidón en las harinas. Para esta prueba se utilizó un aparato marca Falling Number, modelo 1400 (Huddinge, Sweden), con base en el método 56-81b de la AACC (2000).
Contenido de gluten seco. Se determinó por medio del equipo denominado Glutomatic marca Falling Number, modelo 2100 (Huddinge, Sweden), y el método 38-11 de la AACC (2000).
Volumen de sedimentación. Esta prueba proporciona una idea de la calidad de la proteína de cada muestra de trigo, y se llevó a cabo con el método 56-62 de la AACC (2000).
Parámetros farinográficos. Los parámetros farinográficos evaluados fueron la absorción de agua (%), estabilidad (min) y tiempo de desarrollo (min), y
se realizaron utilizando un farinógrafo marca Brabender Instruments, tipo 810143 (South Hackensack, NJ, EEUU) y el método farinográfico 54-21 de la AACC (2000).
características viscoelásticas de las masas
Preparación de las muestras. Se preparó una muestra de masa con 100 g de cada harina obtenida y agua destilada correspondiente a la absorción de agua obtenida con el farinograma. Las harinas y el agua destilada se homogeneizaron en una mezcladora de capacidad de 300 g marca National MFG, Lincoln (NE, EEUU) por 30 s en seco y 1 min al agregar el agua destilada. Después, la masa se dejó reposar durante 30 minutos en una cámara de fermentación marca National MFG, Lincoln (NE, EEUU) con ambiente controlado (30°C, 95% de humedad relativa). Posteriormente, se pesaron muestras de 2.6 g de masa para usarse en el reómetro, las cuales se introdujeron en una bolsa de plástico cerrada herméticamente a temperatura ambiente (25°C) para evitar pérdidas de humedad.
Región lineal. Para evaluar el comportamiento de un material viscoelástico se requiere estudiar ambos comportamientos: viscoso y elástico. Las ecuaciones utilizadas en la evaluación de materiales viscoelásticos toman como base las leyes de Newton y de Hooke, siendo necesario que el material se comporte de manera lineal. Aplicando bajas deformaciones a las masas de trigo se logra este comportamiento, requisito indispensable para estudiar las propiedades viscoelásticas en un reómetro. El método dinámico también utiliza el principio de la ley de Newton y Hooke, y bajas deformaciones (Hibberd y Wallace, 1966; Rao, 1999). Por lo anterior, fue necesario establecer la región lineal del material en estudio. Para obtener los parámetros de trabajo del reómetro se realizaron: (1) Barridos de frecuencia a 0.1% de deformación de 0 a 100 rad/s; (2) Barridos de deformación a 5 y 10 rad/s, para obtener el intervalo de deformaciones donde la masa tuvo comportamiento lineal y (3) Barrido de tiempo, para ver la estabilidad del material.
Barridos dinámicos oscilatorios de frecuencia (método dinámico). Una vez encendido y calibrado el reómetro marca Rheometrics Scientific, modelo RSF III (Piscataway, NJ, EEUU), conectado con platos paralelos de 25 mm de diámetro y un sistema Peltier para el control de temperatura, se colocó la muestra de masa hasta llegar a una separación de plato de 2 mm. Posteriormente se cortaron los sobrantes de la masa y se cubrió con vaselina la parte expuesta al ambiente, para evitar su deshidratación. Después se dejó reposar la
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muestra por 15 minutos, con el fin de que ésta se relajara. Las pruebas de barrido de frecuencia se manejaron mediante el software de control (RSI Orchestrator, Rheometrics Scientific), a una deformación donde hubiera un comportamiento lineal, de acuerdo con los resultados de la determinación de la región lineal y a una temperatura de 25°C. El barrido de frecuencia se realizó desde 0.1 hasta 100 rad/s y se obtuvieron los siguientes parámetros viscoelásticos: Módulo de almacenamiento (G´, Pa), módulo de pérdida (G´´, Pa) y tangente del ángulo de fase (Tan δ).
diseño de experimentos y análisis estadístico
Se utilizó un diseño de experimentos completamente al azar, donde el factor fue la variedad de trigo (los niveles fueron las variedades). A todos los datos generados de las determinaciones se les realizó un análisis de varianza (ANDEVA) con un grado de confiabilidad del 95%. Para ver diferencias entre tratamientos específicos, se utilizó la prueba de Tukey. Además, se llevaron a cabo correlaciones simples entre las distintas determinaciones. El ANDEVA se realizó en el programa Statistical Analytical System Software (SAS Institute, Inc. Cary, NC, EEUU, 2002).
ResultAdos y dIscusIón
evaluación de las harinas
En la Tabla 1 se presentan los valores promedio de la composición bromatológica, gluten seco, volumen de sedimentación y número de caída de las harinas de las variedades de trigos suaves. El contenido de proteína y de gluten seco, el volumen de sedimentación y el número de caída se vieron afectados significativamente (p<0.05) por la variedad de trigo. La variedad Cortázar
tuvo el valor de proteína más alto (11.01%) y, en general, todas las variedades presentaron un contenido proteico similar al reportado por Duffus y Slaughter (1985) para trigos suaves. El gluten es la principal fracción que imparte la funcionalidad a la harina de trigo. Esto señala que el contenido de gluten es un indicador de la fuerza de la masa, proporcionada por el contenido y calidad proteica presente (Serna-Saldívar, 1996). Los valores de gluten seco de las variedades de trigo suave fueron de 11 a 15%, considerándose como porcentajes bajos e indicando que son masas débiles. Lo anterior coincide con el valor aproximado de gluten (13%) de harinas de trigo suave utilizadas por Miller y Hoseney (1997) para elaborar galletas, para las cuales no se requiere de masas fuertes. De los resultados obtenidos se observó que la variedad Saturno presentó el mayor contenido de gluten seco (14.70%) que el resto de las variedades, pudiendo indicar que su masa es la más fuerte. Lo anterior se podría atribuir más a su calidad proteica que a su contenido. El valor de sedimentación proporciona una idea de la cantidad y calidad de las proteínas del gluten y teóricamente resulta del hinchamiento de la red de glutenina (Eckert y col., 1993). El rango del volumen de sedimentación va de 20 mL a 70 mL, donde los valores altos indican mayor cantidad y calidad de las proteínas presentes en las harinas y mayor fuerza para panificación (AACC, 2000; Pomeranz, 1988). El rango del volumen de sedimentación de las variedades analizadas fue de 25 a 30 mL, correspondiendo estos valores a trigos suaves. La variedad Salamanca presentó el valor más alto de sedimentación (29.25 mL) que las otras variedades. La variedad Salamanca no tuvo el mayor contenido proteico, pero su valor alto de sedimentación sugiere que sus proteínas son de más alta calidad que las otras variedades (gluten más fuerte), lo cual influye en su destino final y calidad de los trigos suaves (Yamamoto y col., 1996).
tabla 1Características químicas y físicas de las harinas de las variedades de trigo suave
Variedad Humedad Proteína1 Ceniza1 Gluten seco 1 Volumen de sedimentación1
Número de caída
(%) (%) (%) (%) (mL) (s)Cortázar 13.68 ± 20.66a3 11.01 ± 0.47a 0.442 ± 0.05a 11.8 ± 0.17c 25.24 ± 2.33b 340.55 ± 15.53a
Salamanca 13.48 ± 0.40a 10.42 ± 0.45ab 0.441 ± 0.04a 12.2 ± 0.16b 29.25 ± 4.34a 348.57 ± 12.53aSaturno 13.60 ± 0.47a 10.18 ± 0.33b 0.438 ± 0.02a 14.7 ± 0.58a 25.62 ± 2.08ab 324.33 ± 10.68a
1 Base seca2 Desviación estándar3 Dentro de una misma columna, letras diferentes son estadísticamente diferentes a un valor de p=0.05 (p<0.05)
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presentar un gluten débil. Los tiempos de desarrollo de las variedades evaluadas fueron cortos (< 3 min) y concuerdan con las características de trigos suaves. Comparando las tres variedades estudiadas, la variedad Salamanca tuvo el tiempo de desarrollo más grande. Aún cuando la variedad Salamanca no presentó el mayor contenido de proteína y gluten seco, ésta requirió de mayor tiempo para hidratarse. Lo anterior se puede explicar por su alto valor de calidad proteica representada por tener el más alto valor de volumen de sedimentación (traducida en mayor fuerza de unión proteica) lo que probablemente dificultó la formación de las uniones proteínas-moléculas de agua, requiriendo así un mayor tiempo para hidratar a las proteínas presentes. Los resultados obtenidos de los farinogramas coinciden con las características de los trigos suaves. Es conocido que, para elaborar galletas, se requiere de poca cantidad de agua y tiempos de mezclado cortos. Por lo anterior, se puede decir que las variedades de trigos suaves estudiadas pueden ser adecuadas para elaborar galletas, por tener bajos valores de absorción de agua y de tiempo de desarrollo. Lo anterior era de esperarse; sin embargo, se sugiere realizar galletas con dichas variedades y evaluar sus características de calidad para poder indicar cuál es la variedad más adecuada para dicho producto final. En este caso, las características reológicas observadas se atribuyen a la fuerza de su masa y calidad proteica, reflejado en su contenido de gluten y volumen de sedimentación.
características viscoelásticas de las masas
Región lineal. Varios autores han determinado la región lineal (también llamada de estabilización de la muestra), que es donde el material de estudio tiene el mínimo de variación. Además, la deformación y el esfuerzo aplicado no afectan los módulos de
El valor de número de caída indica la actividad amilolítica (fuerza de la α-amilasa para licuar el gel del almidón) del grano y es importante en la producción de gas para la fermentación. Valores superiores a 300 s en las harinas sugieren una baja actividad de la α-amilasa (AACC, 2000; Pomeranz, 1988), indicando una baja eficiencia para fermentar. Todas las variedades tuvieron valores de número de caída similar y superior a los 300s, por lo que se considera que las harinas evaluadas son aptas para productos no fermentables como son las galletas.
En la Tabla 2 se presentan los valores promedio de los parámetros farinográficos de las harinas: Absorción de agua (%), estabilidad (min) y tiempo de desarrollo (min). La variedad de trigo afectó significativamente (p<0.05) a los parámetros farinográficos evaluados. En otras investigaciones han encontrado que el contenido de proteína influye positivamente sobre los parámetros farinográficos (Bloksma y Bushuk, 1988; Bloksma, 1990; Dhaliwal y col., 1987; Farrand, 1969; Tipples y col., 1978). Además, la calidad del producto final de la harina se relaciona con la absorción de agua del farinograma (Saxena y col., 1997). Dhaliwal y col. (1987) evaluaron las propiedades de molienda y rango de las características de calidad de 3 variedades comerciales australianas y sus derivados conteniendo la translocación 1B/1R, encontrando una correlación directa de absorción de agua con proteínas, coincidiendo con Farrand (1969) y Yamamoto y col. (1996). La variedad Cortázar obtuvo el valor más alto de absorción de agua que las otras variedades, pudiéndose atribuir a su alto contenido proteico, lo cual favorece la retención de agua.
La estabilidad es el intervalo de tiempo donde se mantiene la máxima consistencia de la masa e indica la fuerza de la misma. Se considera una masa de buena calidad panadera aquella con una estabilidad de 10 a 15 min (Peña-Bautista y col., 2008). Los valores de estabilidad de las harinas evaluadas fueron menores a 10 min, y se relacionan con harinas de masas débiles, las cuales corresponden a las obtenidas de trigos suaves. De las variedades evaluadas, la variedad Saturno obtuvo la mayor estabilidad. Lo anterior probablemente sugiere que la masa de esta variedad es más fuerte que las otras variedades, lo que se podría relacionar con su alto contenido de gluten seco.
El tiempo de desarrollo es el tiempo requerido para que se hidraten las proteínas. Peña-Bautista y col. (2008) evaluaron la calidad de la cosecha de trigo en México del ciclo primavera-verano del 2006, encontrando que trigos con tiempo de desarrollo promedio de 1.7 min no son aptos para panificación mecanizada por
tabla 2Características reológicas de las harinas de las variedades de trigo suave evaluadas con el farinograma
Variedad Absorción de agua (%)
Estabilidad(min)
Tiempo de desarrollo (min)
Cortázar 55.73 ± 10.97a2 2.72 ± 0.42b 2.28 ± 0.23abSalamanca 54.21 ± 0.98ab 3.99 ± 1.37ab 2.29 ± 0.73a
Saturno 53.90 ± 1.10b 3.99 ± 1.43a 1.58 ± 0.21b1 Desviación estándar2 Dentro de una misma columna, letras diferentes son estadísticamente diferentes a un valor de p=0.05 (p<0.05)
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almacenamiento y pérdida (G´ y G´´) y la tangente del ángulo de fase (Tan δ), ya que no son dependientes de estos parámetros (Fu y col., 1997; Khatkar y Schofield, 2002; Newberry y col., 2002). Para establecer la región con comportamiento lineal de las masas de trigo suave se realizaron, como ya se mencionó en la metodología: (1) Barridos de frecuencia a una deformación de 0.1% de 0 a 100 rad/s; (2) Barridos de deformación a 5 y 10 rad/s, para obtener el intervalo de deformaciones donde la masa tuvo comportamiento lineal; y (3) Barrido de tiempo, para ver la estabilidad del material. En la Figura 1 se observan los módulos G´ y G´´ en función de la deformación relativa (0.01 a 10%) de la variedad Salamanca, a 5 y 10 rad/s. Los resultados mostraron que, para ambas frecuencias, se presentó una región en apariencia lineal en el rango de 0.01-0.1% de deformación relativa. Para obtener el comportamiento lineal se aplicó una regresión lineal en el intervalo de 0.01-0.1% de deformación, por cada frecuencia utilizada. En la Figura 2 se pueden observar las curvas de G´ y G´´ a 5 y 10 rad/s y sus respectivos valores de r (0.98 y 0.96, respectivamente), lo que demostró que, para ambas frecuencias, en el rango de 0.01 a 0.1% de deformación se presenta un comportamiento lineal. Por último, para definir la estabilidad de las propiedades viscoelásticas de las masas de harinas de trigos suaves se realizaron barridos de tiempo a una frecuencia de 5 rad/s (valor más cercano a 1, r = 0.98) durante 10 min (Figura 3). Se puede observar en la Figura 3 que G´ y G´´ permanecieron constantes con respecto al tiempo, lo que indicó la estabilidad de las masas de trigo suave.
Barridos dinámicos oscilatorios de frecuencia (método dinámico). Para determinar las características viscoelásticas de las masas de trigo suave se utilizó un rango de frecuencia de 0.1 a 100 rad/s, una deformación relativa de 0.1% (región lineal). Estas condiciones coinciden con las de otros investigadores (Amemiya y Menjívar, 1992; Hibberd y Wallace, 1966; Ramkumar y Bhattacharya, 1996; Wang y Kokini, 1995). Las propiedades viscoelásticas evaluadas fueron: El módulo de almacenamiento (G´), el módulo de pérdida (G´´) y la tangente del ángulo de fase (Tan δ). Los parámetros viscoelásticos G´ y G´´ representan el comportamiento elástico y viscoso del material analizado, respectivamente. Tan δ se obtiene de la relación G´´/G´. En masas de trigo Tan δ toma valores de 0 (δ=0º) a 1 (δ=90º), predominando un comportamiento elástico y viscoso, respectivamente (Faubion y col., 1985; Ferry, 1980; Goodwin y Hughes, 2000; Khatkar y Schofield, 2002; Rao, 1999).
En la Tabla 3 se muestran los valores promedio de los parámetros viscoelásticos: G´, G´´ y Tan δ por variedad, de las masas de harinas de trigos suaves. Los valores de G´ y G´´ fueron afectados por la variedad de trigo a un nivel de p<0.01. Un valor alto del módulo de almacenamiento (G´) puede sugerir una fuerza mayor en la masa dada por las proteínas de la red de gluten (Campos y col., 1997; Hayta y Schofield, 2005; Van Bockstaele y col., 2008), lo cual puede utilizarse para diferenciar la viscoelasticidad de masas (Lee y Mulvaney, 2003). Lo anterior coincide con el trabajo de Liu y col. (2006) donde los valores de G´ fueron mayores en trigos
Figura 1. módulos de almacenamiento (G´) y pérdida (G´´) en función de la deformación relativa para masas de trigo de la variedad salamanca, a las frecuencias de 5 y 10 rad/s
G´,
G´´(
Pa)
1e+5
1e+4
1e+30.01 0.1 1 10
Deformación relativa (%)
G´ Frecuencia 5G´ Frecuencia 10G´´ Frecuencia 5G´ Frecuencia 10
Figura 2. Regresión lineal del módulo de almacenamiento (G´) para la región cercana a una deformación relativa de 0.1%, en masa de harina de trigo de la variedad salamanca
G´ (
Pa)
35000
30000
25000
20000
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16
Deformación relativa (%)
Frecuencia 5 rad/sr2 = 0.98Frecuencia 10 rad/sr2 = 0.96
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fuertes con respecto a trigos moderadamente fuertes, siendo un parámetro distintivo de las masas. Además, está de acuerdo con la investigación de Campos y col. (1997) donde se observó que los trigos suaves tienen una estructura menos resistente a la deformación que los trigos fuertes. En relación con G´´, se ha observado que también se ve afectado por la cantidad y calidad proteica (Van Bockstaele y col., 2008). La variedad Saturno obtuvo los valores más altos de G´ y G´´ que el resto de las variedades. Lo anterior pudiera deberse a que esta variedad fue la que presentó una mayor fuerza en su masa, probablemente por presentar el mayor contenido de gluten seco.
Se conoce que las gliadinas actúan como solvente confiriendo viscosidad a la masa (Peña y col., 2005) y las gluteninas la elasticidad; por lo que la relación entre ambas proporciona el balance entre viscosidad y elasticidad (Hou y col., 1996). Asimismo, la cantidad de gliadinas en trigos suaves es mayor con respecto a trigos fuertes (panaderos), teniendo una mayor viscosidad las masas de trigo suave. Por lo anterior, un incremento en la fracción gliadina favorece al aumento en la viscosidad de la masa. Además, la calidad proteica se afecta negativamente con el incremento de la fracción gliadina. Observando los valores de Tan δ, se observó que la variedad Saturno tuvo el valor más alto en este parámetro (0.533), lo cual indica un comportamiento más viscoso que elástico. El comportamiento más viscoso de la variedad Saturno probablemente se deba a un mayor contenido de gliadinas, lo que se reflejó en su bajo valor de volumen de sedimentación (calidad proteica).
En general, todas las variedades tuvieron un valor de Tan δ>0.5, indicando que predominó el comportamiento viscoso sobre el comportamiento elástico. En este caso, probablemente el valor de la relación gliadina/glutenina fue aproximado para todas las variedades por pertenecer al grupo de trigo suave (sin importar las diferencias observadas en su contenido o calidad proteica), lo que se reflejó en un comportamiento predominantemente viscoso. Se esperaba un mayor comportamiento viscoso en las masas evaluadas por ser una característica propia de los trigos suaves, lo que hubiera coincidido con otras investigaciones donde trigos suaves presentan un comportamiento más viscoso que los panaderos y cristalinos (Miller y Hoseney, 1999; Edwards y col., 2004).Comportamiento viscoelástico por variedad. Las variedades de trigo suave Cortázar, Salamanca y Saturno tuvieron tendencias similares en el comportamiento de los parámetros reológicos observados de G´, G´´, y Tan δ. Los resultados concuerdan con lo obtenido por Unbehend y col. (2004), donde las propiedades reológicas entre variedades son similares aún cuando su contenido proteico es diferente.
En las Figuras 4 y 5 se presentan G´ y G´´ en función de la frecuencia de las cuatro variedades de trigo suave. Al aumentar el valor de la frecuencia también incrementan los valores de G´ y G´´, para todas las variedades, coincidiendo con otros trabajos (Campos y col., 1997; Hibber y Wallace, 1966; Ramkumar y Bhattacharya, 1996; Rao, 1999). El incremento de los módulos mostrado, con respecto a la frecuencia en las masas, indica que el gluten del trigo suave presenta cierta fuerza ante la deformación a la que está siendo
Figura 3. módulos de almacenamiento (G´) y pérdida (G´´) en función del tiempo a frecuencia 5.0 rad/s y una deformación relativa de 0.1%, para masas de trigo de la variedad salamanca
G´,
G´´
(Pa)
0 100 200 300 400 500 600
1e+5
1e+4
1e+3
G´G´
tabla 3Parámetros viscoelásticos a una frecuencia de 5 rad/s, de las harinas de las variedades de trigo suave
Variedad G32 (Pa) G´´4 (Pa) Tan δ 5
Cortazar 33861.00 ± 12414.61ab2
17758.16 ± 1816.40ab 0.523 ± 0.03ab
Salamanca 31245.80 ± 3748.62b
16258.20 ± 1910.46b 0.521 ± 0.04b
Saturno 36283.00 ± 8120.41a
19117.80 ± 2559.42a 0.533 ± 0.04a
1 Desviación estándar 2 Dentro de una misma columna, letras diferentes son estadísticamente diferentes a un valor de p=0.05 (p<0.05)3 G´: Módulo de almacenamiento4 G´´: Módulo de pérdida5 Tan δ: Tangente del ángulo de fase
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sujeto. A una frecuencia determinada se obtuvieron mayores diferencias entre variedades en los valores de G´´ que en los valores de G´, lo cual se esperaba por ser trigos suaves.
Tan δ al inicio y final de la prueba se pudieran atribuir a la estabilización y desestabilización de la muestra. El valor de Tan d se considera constante, debido a la relación invariable de los módulos de G´´ y G´.
Figura 4. módulo de almacenamiento a diferentes frecuencias de las masas de variedades de trigos suaves. las barras indican la desviación estándar
G´ (
Pa)
0.1 1 10 100Frecuencia (rad/s)
1e+6
1e+5
1e+4
1e+3
CortázarSalamancaSaturno
Figura 5. módulo de pérdida a diferentes frecuencias de las masas de las variedades de trigos suaves. las barras indican la desviación estándar
G´ (
Pa)
0.1 1 10 100Frecuencia (rad/s)
1e+6
1e+5
1e+4
1e+3
CortázarSalamancaSaturno
La tangente del ángulo de fase (Tan δ) para las variedades de trigo suave se observa en la Figura 6. A valores bajos y altos de la frecuencia, el valor de Tan δ presenta un ligero descenso y en los valores intermedios (1-10 rad/s, aproximadamente) el valor permanece constante, coincidiendo con lo reportado por Ramkumar y Bhattacharya (1996). Los descensos observados en
Figura 6. tangente del ángulo de fase a diferentes frecuencias de las masas de las variedades de trigos suaves. las barras indican la desviación estándar
G´ (
Pa)
0.1 1 10 100Frecuencia (rad/s)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
CortázarSalamancaSaturno
Aún cuando las variedades estudiadas pertenecen a un mismo grupo de trigo, se lograron encontrar diferencias entre sus propiedades viscoelásticas. Al utilizar el método dinámico se esperaba una mayor diferenciación entre las muestras. Sin embargo, la sensibilidad baja de la prueba se puede atribuir al rango muy similar de sus características fisicoquímicas. El método dinámico se puede considerar como una herramienta reológica capaz de diferenciar masas de trigo, lo cual contribuiría a un destino final más adecuado de esta materia prima. Es importante mencionar que actualmente no se cuenta con estudios suficientes que caractericen a los trigos suaves, por lo que con este trabajo se genera información nueva que servirá para comparar con otras variedades y finalmente poder correlacionarlo con la calidad de un producto final específico.
correlaciones entre las características viscoelásticas y otras determinaciones
Con la finalidad de determinar si existe alguna relación entre los parámetros farinográficos, la composición bromatológica, contenido de gluten seco, volumen de sedimentación y número de caída con los parámetros viscoelásticos de las harinas, se llevaron a cabo correlaciones simples (r). Los datos de las características viscoelásticas que se utilizaron para el análisis fueron
20 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 24 núm. 1, 2009
los correspondientes a la frecuencia de 5 rad/s. Se consideró una correlación débil si |r|<0.5, moderada si 0.5≤|r|≤0.75 y fuerte si |r|>0.75 (Ramírez-Wong y col., 1994).
En total se encontraron 3 correlaciones significativas a un nivel de p=0.05 (p<0.05). Se tuvieron dos correlaciones negativas que relacionan número de caída con los módulos de almacenamiento (G´) y de pérdida (G´´) (r =-0.928, r =-0.933, respectivamente) y una relación directa también del número de caída con la tangente del ángulo de fase (Tan d) (Tabla 4).
Así mismo, el daño en el almidón afecta positivamente la viscosidad de las masas, debido al incremento en la capacidad de absorción de agua (Miller y Hoseney, 1997). Por lo anterior, un valor bajo de número de caída (menor viscosidad) se puede considerar que se deba a que está presente un mayor daño en el almidón proporcionado por la alta calidad proteica.
Por los resultados obtenidos se puede afirmar que existen diferencias significativas en la región viscoelástica lineal, de las masas de harinas de trigos suaves de las distintas variedades analizadas. Se puede concluir que las propiedades reológicas dependen de la composición genética del grano de trigo, en este caso expresada más por la calidad de proteína que la cantidad, lo que coincide con los resultados obtenidos por Lee y Mulvaney (2003). Finalmente, con las altas correlaciones obtenidas, específicamente entre el número de caída y los parámetros viscoelásticos, se concluye que el método dinámico es una buena herramienta en las pruebas reológicas y que es recomendable para otros tipos de trigo.
conclusIones
Las características viscoelásticas de masas elaboradas con trigos suaves se ven afectadas por la variedad. La característica que predominó en las masas de harina de trigo suave fue el comportamiento viscoso sobre el comportamiento elástico, lo cual se demuestra con el valor de Tan d. Los parámetros viscoelásticos G´ y G´´ tuvieron un comportamiento similar para todas las variedades de trigo suave e incrementaron con el valor de la frecuencia. Se observó que G´´ tuvo más variación entre las variedades de trigo suave que G´. Se encontraron altas correlaciones (r) significativas entre el número de caída y los parámetros viscoelásticos de G´, G´´ y Tan δ (r=-0.928, r=-0.933 y r=0.9369, respectivamente). El método dinámico fue útil en el estudio de las propiedades viscoelásticas de las masas de harinas obtenidas de variedades de trigos suaves, por lo que se recomienda su utilización para otro tipo de trigos.
ReconocImIentos
Los autores agradecen al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología por el apoyo financiero a esta investigación a través del proyecto Estudio integral de la calidad de los trigos mexicanos y su uso potencial, Clave G35201-B. También agradecen al Departamento de Investigación y Posgrado en Alimentos de la Universidad de Sonora por el apoyo en infraestructura.
tabla 4Correlaciones simples (r) entre los parámetros viscoelásticos y el número de caída
Parámetro viscoelástico Número de caídaMódulo de almacenamiento, G´ -0.9281*Módulo de pérdida, G´´ -0.933*Tangente del ángulo de fase, Tan δ 0.936
1*= Significativo a un nivel de p=0.05 (p<0.05)
Durante el proceso de molienda el almidón de trigo se daña. En trigos con alta calidad y cantidad de proteína, el daño en el almidón es mayor, ya que la matriz proteica está fuertemente unida. La enzima α-amilasa actúa más fácilmente en almidones dañados por el proceso de molienda, teniendo números de caída menores (AACC, 2000; Carcea y col., 2006; Pomeranz, 1988; Yamamoto y col., 1996). El valor de número de caída se relaciona con la cantidad y calidad proteica (Huebner y col., 1999). Por lo anterior, harinas con número de caída bajos pueden evidenciar indirectamente que contienen alta calidad y/o cantidad proteica.
En esta investigación, las correlaciones obtenidas del número de caída con G´ y G´´ muestran que a mayor el número de caída, son menores los valores de los módulos de G´ y G´´, probando en este caso, indirectamente, que una alta calidad proteica afecta negativamente a estos valores. Lo anterior concuerda con otros investigadores donde observaron que la calidad proteica afecta negativamente a G´ y G´´ (Chiotelli y col., 2004; Faubion y Hoseney, 1990; Van Bockstaele y col., 2008).
La tercera correlación corresponde a una relación positiva entre el número de caída y Tan d. Como se mencionó anteriormente un valor bajo de número de caída indica una alta calidad proteica. Se ha observado que en trigos fuertes (mayor contenido y calidad de proteína) se obtiene un mayor daño en el almidón que en trigos suaves (menor cantidad y calidad de proteína).
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nomenclAtuRA
G´ Módulo de almacenamiento, PaG´´ Módulo de pérdida, PaN Concentración de nitrógeno en la muestra, %r Coeficiente de correlación simpleTan d Tangente del ángulo de fase, adimensional
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