Caracterización viscoelástica de masas de variedades de trigos

12 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 24 núm. 1, 2009
Tecnol. Ed.
Ciencia
(IMIQ)
24(1): 12-22, 2009
Tecnol. Ciencia
(IMIQ)Ed.
vol. 14
núms.1-2,1999 12
Caracterización viscoelástica de masas
de variedades de trigos suaves
Viscoelastic characteristics of dough
from soft wheat cultivars
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]
2
Departamento 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
Resumen
Abstract
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).
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).
Introducción
Palabras clave: Trigo suave, masa, viscoelasticidad, método
dinámico
Keywords:
Soft wheat, dough, visco-elasticity, dynamic
method
* Autor a quien debe enviarse la correspondencia
(Recibido: Febrero 12, 2009, Aceptado: Junio 3, 2009)
P
ara 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 esfuerzodeformación, 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
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
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
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, VilleneuveLa-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 1
Características químicas y físicas de las harinas de las variedades de trigo suave
1
Variedad
Humedad
Proteína1
Ceniza1
Gluten seco 1
Cortázar
Salamanca
Saturno
(%)
13.68 ± 20.66a3
13.48 ± 0.40a
13.60 ± 0.47a
(%)
11.01 ± 0.47a
10.42 ± 0.45ab
10.18 ± 0.33b
(%)
0.442 ± 0.05a
0.441 ± 0.04a
0.438 ± 0.02a
(%)
11.8 ± 0.17c
12.2 ± 0.16b
14.7 ± 0.58a
Volumen de
sedimentación1
(mL)
25.24 ± 2.33b
29.25 ± 4.34a
25.62 ± 2.08ab
Base seca
Desviación estándar
3
Dentro de una misma columna, letras diferentes son estadísticamente diferentes a un valor de p=0.05 (p<0.05)
2
Número de caída
(s)
340.55 ± 15.53a
348.57 ± 12.53a
324.33 ± 10.68a
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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 2
Características reológicas de las harinas de
las variedades de trigo suave evaluadas con el
farinograma
Variedad
Cortázar
Salamanca
Saturno
Absorción de
agua (%)
55.73 ± 10.97a2
54.21 ± 0.98ab
53.90 ± 1.10b
Estabilidad
(min)
2.72 ± 0.42b
3.99 ± 1.37ab
3.99 ± 1.43a
Tiempo de
desarrollo (min)
2.28 ± 0.23ab
2.29 ± 0.73a
1.58 ± 0.21b
1
Desviación estándar
Dentro de una misma columna, letras diferentes son estadísticamente
diferentes a un valor de p=0.05 (p<0.05)
2
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
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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
1e+5
35000
Frecuencia 5 rad/s
r2 = 0.98
Frecuencia 10 rad/s
r2 = 0.96
G´ (Pa)
G´, G´´(Pa)
30000
1e+4
25000
G´ Frecuencia 5
G´ Frecuencia 10
G´´ Frecuencia 5
G´ Frecuencia 10
1e+3
20000
0.02
0.01
0.1
Deformación relativa (%)
1
10
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
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
Deformación relativa (%)
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
18 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 24 núm. 1, 2009
G´, G´´ (Pa)
1e+5
1e+4
G´
G´
1e+3
0
100
200
300
400
500
600
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
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.
Tabla 3
Parámetros viscoelásticos a una frecuencia de 5 rad/s,
de las harinas de las variedades de trigo suave
Variedad
Cortazar
Salamanca
Saturno
1
G32 (Pa)
33861.00 ±
12414.61ab2
31245.80 ±
3748.62b
36283.00 ±
8120.41a
G´´4 (Pa)
17758.16 ±
1816.40ab
16258.20 ±
1910.46b
19117.80 ±
2559.42a
Tan δ 5
0.523 ± 0.03ab
0.521 ± 0.04b
0.533 ± 0.04a
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 almacenamiento
4 G´´: Módulo de pérdida
5 Tan δ: Tangente del ángulo de fase
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
Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 24 núm. 1, 2009 19
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´.
1.0
1e+6
0.8
G´ (Pa)
G´ (Pa)
1e+5
0.4
Cortázar
Salamanca
Saturno
1e+4
0.6
Cortázar
Salamanca
Saturno
0.2
1e+3
0.1
0.0
1
10
100
Frecuencia (rad/s)
Figura 4. Módulo de almacenamiento a diferentes
frecuencias de las masas de variedades
de trigos suaves. Las barras indican la
desviación estándar
1e+6
G´ (Pa)
1e+5
Cortázar
Salamanca
Saturno
1e+4
1e+3
0.1
1
10
100
Frecuencia (rad/s)
Figura 5.Módulo de pérdida a diferentes
frecuencias de las masas de las variedades
de trigos suaves. Las barras indican la
desviación estándar
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
0.1
1
10
100
Frecuencia (rad/s)
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
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).
Tabla 4
Correlaciones simples (r) entre los parámetros
viscoelásticos y el número de caída
Parámetro viscoelástico
Módulo de almacenamiento, G´
Módulo de pérdida, G´´
Tangente del ángulo de fase, Tan δ
1*=
Número de caída
-0.9281*
-0.933*
0.936
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).
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.
Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 24 núm. 1, 2009 21
Nomenclatura
G´
G´´
N
r
Tan d
Módulo de almacenamiento, Pa
Módulo de pérdida, Pa
Concentración de nitrógeno en la muestra, %
Coeficiente de correlación simple
Tangente del ángulo de fase, adimensional
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