IMPACTO DE LA MATERIA PRIMA Y DE LA ESTRUCTURA EN LA
CALIDAD NUTRICIONAL DE LAS PASTAS SECAS
Lic. Nora Silvia Engo
ESTRUCTURA DE LA PASTA
Fuente de hidratos de carbono de liberación lenta
Proceso de elaboración:
Mezclado, Extrusión y Secado
Materias primas:
Sus propiedades
Nutrientes Mayoritarios
AlmidónProteína
Nutrientes Minoritarios
LípidosFibraMineralesVitaminasProteína
COMPOSICIÓN DE LA PASTA
A nivel macroscópico
( > 100 µ )
Tamaño de las partículas
Forma del producto
A nivel microscópico
( 0,3 a 100 µ )
Interacciones entre los componentes,
encapsulación de almidón por fibra o proteína, complejos
almidón / lípidos, porosidad de la
estructura
A nivel molecular
( 0,8 a 50 nm) , a escala de la enzima digestiva,
la estructura física del almidón, el grado de
gelatinización, retrogradación, relación amilosa/ amilopectina
Influyen factores
fisiológicos del tracto
digestivo tales como el
vaciamiento gástrico y la
superficie accesible a las
enzimas digestivas.
Son factores que limitan
la hidrólisis del almidón.
Influyen en la velocidad
de degradación.
FACTORES FISIOQUÍMICOS: Velocidad de degradación del almidón
“Muchas de las propiedades de los alimentos como la digestión
lenta de los hidratos de carbono son el resultado de la forma en
que son almacenados por la planta durante su biosíntesis,
la forma estable, organizada, semicristalina y protegida de los
gránulos de almidón que sirven como reservorio de
energía hasta que son requeridos por la planta.
Luego los humanos y los animales, para usar a las plantas
como fuente de energía, debemos superar esas estructuras
que la planta elaboró para proteger sus reservas”.
Fuente: Mishra S. et al. 2012. Food Structure and Carbohydrate Diigestiblity.
Chaper 13. pp 300 http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/41122.pdf
ESTRUCTURA
MATERIAS PRIMAS
Género : TRITICUM
Las especies mas relevantes comercialmente son dos :
Triticum aestivum o trigo común o trigo pan
Triticum durum o candeal o fideo
TIPOS DE TRIGO
Triticum aestivum o trigo común o trigo pan
Trigo duro o “hard”
Trigo blando o “soft”
Tipos de Trigo
Triticum durum o candeal o fideo
Diferencias: genéticas, tamaño, color y DUREZA
ENDOSPERMA
PROCESO DE MOLIENDA
Ret s / t (%)
180 µ 10112 µ 3090 µ 20
A través 40
Ret s / t (%)
355 µ 10250 µ 25125 µ 50A través 15
Harina Sémola
DUREZA
Trigo “pan” Trigo “candeal”
ALMIDÓN
EL ALMIDÓN DEBE ESTAR DAÑADO O GELATINIZADO Y POR SUPUESTO
ACCESIBLE PARA QUE LAS AMILASAS PUEDAN DEGRADARLO
ALMIDÓN
CAPACIDAD DE FORMAR REDES PROTEÍCAS
o GLUTEN DEPENDIENDO DEL CONTENIDO DE AGUA
PROTEÍNA
DIFERENCIAS DE
ESTRUCTURA
Trigo pan vs. Trigo candeal
Hard red winterBS : broken granule
Soft winter Durum wheatLarge number ofbroken granules( arrows)
Fuente : Hoseney, 1998. Principles of Cereal Science and Technology
Microfotografías electrónicas de barrido
Granos de trigo
La proteína no cubre el almidón , la unión entre la proteína y el almidón es débil
Fuerte interrelación de la proteína y del almidón
Mayor adherencia de la proteína y el almidón
Existen diferencia de estructura a nivel del tipo de trigo.
En el trigo durum o candeal es relevante la
fuerte interrelación de la proteína y del almidónque luego se verá reflejada en la estructura de la pasta.
DETERMINACIÓN DE INDICE GLUCÉMICO
Trigo pan vs. Trigo candeal
INDICE GLUCÉMICO
1. Jenkins DJA, Wolever TMS, Taylor RH, Barker H, Fielden H, Baldwin JM et al. Glycemic index of foods:a physiological basis for carbohydrateexchange. Am. J. Clin. Nutr. 1981; 34: 362-366.3. Foster-Powell K. International table of glycemic index and glycemic load values: 2002. Am J Clin Nutr. 2002;76:5–564.4. Wolever TM. Effect of blood sampling schedule and method of calculating the area under the curve on validity and precision of glycaemicindex values. Br. J. Nutr. (2004), 91, 295–30019.19. Aston LM et al. Determination of the glycaemic index of various staple carbohydrate-rich foods in the UK diet. Eur J Clin Nutr. 2008 February; 62(2): 279–285.
Fuente: Ridner, E. y Di Sibio, A. , 2015. Medición del índice glucémico de 2 variedades de pastas y 2 variedades de arroz. Archivos Latinoamericanos de Nutrición. Vol. 65 (2): 79-85
EFECTO DEL PROCESO DE
ELABORACIÓN DE PASTA SECA DE
TRIGO CANDEAL
Pasta Seca 12 %
Sémola
+
agua
Masa 30 % SecadoExtrusiónAmasado
Pasta Fresca
Formación del Retículo Proteico
MEZCLADO y FORMACIÓN
Secado SecadoEstabilizacion EstabilizacionSecado SecadoEstabilizacion Estabilizacion
–
PredryierPredryier
Presecado Secado
30% 18%12,5%
Fuente: catálogo del fabricante equipo
SECADO
Mezcladora
Fuente: Matsuo et al, 1978. Scanning electron microscopy study of spaghetti processing. Cereal Chem. 55(5):744-753
Extrusor
Tubo extensiónCabeza extrusor
Molde
MEZCLADO Y FORMACIÓN
2A Sémola: Partículas irregulares, tamañovariables, estructura compacta con pocos gránulos visibles
Fuente: Matsuo et al, 1978. Scanning electron microscopy study of spaguetti processing. Cereal Chem.
55(5):744-753
2B Y 2C Pastón: Grumos de masa Heterogéneos, algunas zonas igual a sémola, otras con gránulos visibles pero firmemente sostenidos por la matriz proteica
Amasado / PastónSémola
Amasado / Pastón
MEZCLADO
3A Partículas proteicas mas como plaquetas, con bordes dentados que como fibras o láminas
Fin extrusorComienzo extrusor
Tubo de extensión Fin de tubo de extensión
Fuente: Matsuo et al, 1978. Cereal Chem.55(5):744-753
3B Matriz proteica aún irregular pero parece mas interconectada
3CBastante continua, aún algunos bordes dentados
3DMasa mas cohesiva y traslúcida, casi completamente desarrollada
SEM de cortes de masa
EXTRUSIÓN-FORMADO
Spaghetti fresco
Comienzo extrusor Tubo de extensión
Fuente: Matsuo et al, 1978. Cereal Chem.
55(5):744-753
5A Comienzo extrusorFilm discontínuo, poroso
5B Tubo de extensiónMas compacta y ordenada, gránulos cubiertos con film de proteína
5C Spaguetti frescoEstructura densa y compacta con gránulos menos distinguibles comparado con las otras dos
muestras, superficie cubierta por un film continuo de proteína.
MICROFOTOGRAFÍAS DE LA SUPERFICIE
A nivel molecular, no se encontraron grandescambios ni en la solubilidad de las proteínasni en el estado del almidón
A nivel molecular, no se observa gelatinización del almidón y se observa desnaturalización de proteínas( consolidación del retículo proteico )
Encartado 30 % 27 % 55 °C
Presecado 27 % 17 % 88 °C
Secado final 17 % 12 % > 85 °C
SEM Superficie Spaghetti seco
SEM Corte de Spaghetti seco
a = gránulos de almidón
p = retículo proteico
Fuente: Resmini P. and Pagani M.A. 1983. Ultrastructure Studies of Pasta. A Review. Food Microstructure. Vol 2 pp 1-12, 98
SECADO
COCCIÓN
Gelatinización del almidón
Coagulación de las proteínas
• Hidratación
• Difusión del agua
• Gradiente de Humedad
Cambio continuo de la estructura desde la superficie al centro del spaghetti
Fenómenos que ocurren en el mismo rango de temperaturas yson competitivos y antagónicos
Fuente: Petitot M. et a. 2009. Trends in Food Science and Technology 20: 521-532
Óptico
SEM
Superficie
Central
Central
Intermedia Externa
Intermedia Externa
Superficie:Proteína y almidón no se distinguen,forman un film con pequeñas fisurasy areas abiertas.
Externa:Gránulos muy hinchados ydeformados, pero aún difícildiferenciarlos de la proteína
Intermedia:Gránulos parcialmente hinchadosembebidos en una red densa ycoagulada de proteína
Central:Gránulos con limitado gradode gelatinización
COCCIÓN
Cunin C. et al. 1995. Structural changes of starch during cooking of durum wheat pasta. Lebensmittel-
Wissenschaft und Technologie, 28 (3). 323-328
Verde: proteína
Azul: almidón
Externa Intermedia Central
COCCIÓN
A nivel macroscópico
( > 100 µ )
Tamaño de las partículas
Forma del producto
A nivel microscópico
( 0,3 a 100 µ )
Interacciones entre los componentes,
encapsulación de almidón por fibra o proteína, complejos
almidón / lípidos, porosidad de la
estructura
A nivel molecular
( 0,8 a 50 nm) , a escala de la enzima digestiva,
la estructura física del almidón, el grado de
gelatinización, retrogradación, relación amilosa/ amilopectina
Influye en el vaciamiento
gástrico y la superficie
accesible a las enzimas
digestivas.
Son factores que limitan
la hidrólisis del almidón.Influyen en la velocidad de
degradación.
ANÁLISIS DE LA ESTRUCTURA A TRES NIVELES
A nivel macroscópico
( > 100 µ )
IMPACTO DE LA ESTRUCTURA EN LA DEGRADACIÓN DEL ALMIDÓN
Fardet , A. 1996. Involvement of the protein network in the in vitrodegradation of starch from spaguetti and lasagne: a microscopicand enzymic study. Journal of Cereal Science. 27 : 133-145
A nivel macroscópico: tamaño y forma
Fuente: Fardet A. 1996. Involvement of the protein network in the in vitrodegradation of starch from spaguetti and lasagne: a microscopic and enzymic study. Journal of Cereal Science. 27 : 133-145
La destrucción de la estructura por la molienda facilita la difusión de las enzimas
Percentage of starch hydrolysed in pasta products during 24 h of alpha-amylolysis (mean + S.E.M. (a), n = [3-5])
Time of hydrolysis T15 min T60 min T180 min T24 h T8-24 h (b)
Ground spaghetti HSA (c) 52.4 + 3.6 66.1 + 1.8 72.7 + 2.1 82.4 + 2.1 5.1 + 1.6
Spaghetti
PPA (d) 10.5 + 2.7 27.5 + 1.3 50.5 + 1.4 94.3 + 5.5 15.4 + 5.2
HSA 10.3 + 1.4 24.4 + 0.2 42.6 + 1.4 87.9 + 2.1 17.3 + 0.9
2 h pepsin (e) + HSA 20.0 + 4.7 31.7 + 5.3 46.5 + 7.0 83.7 + 5.1 15.3 + 4.8
Significance (ANOVA: p<0.05) b, c
Lasagne
PPA 12.9 + 1.8 27.9 + 1.8 53.8 + 3.3 95.3 + 2.2 8.8 + 3.6
HSA 12.0 + 1.7 25.3 + 2.4 45.9 + 3.4 80.0 + 3.9 5.1 + 3.4
2 h pepsin (e) + HSA 34.1 + 7.5 46.9 + 5.7 61.6 + 7.8 80.3 + 6.4 2.9 + 4.4
Significance (ANOVA: p<0.05) b,c b,c c a,b
(a) S.E.M.: Standard Error of the Mean
(b) T8-24 h: % of starch hydrolysed during the last 16 h
(c) HSA: Human Salivary alpha-Amylase
(d) PPA: Pig Pancreatic alpha-Amylase
(e) 11 % and 19 % of starch was released into the incubation medium after the 2 h pre-treatment with pepsin
for spaghetti and lasagne, respectively
Significance: a, PPA vs. HSA; b, PPA vs. (2 h pepsin + HSA); c, HSA vs. (2 h pepsin + HSA)
Source: A. Fardet et al., 1998 - Journal of Cereal Science - 27: 133-145
IMPACTO DE LA ESTRUCTURA EN LA DEGRADACIÓN DEL ALMIDÓN
A nivel microscópico
( 0,3 a 100 µ )
Interacciones entre los componentes
Investigaciones sobre acción de alfa enzimas y de proteasas “ in vitro”, alteración de las estructuras con agregados de fibras, mayor cantidad de proteína.
Encapsulación del almidón por las proteínas , pero no sólo por la formación de
la red proteíca sino también por la tortuosidad de esa matriz que dificulta
el acceso de la amilasa al almidón
IMPACTO DE LA ESTRUCTURA EN LA DEGRADACIÓN DEL ALMIDÓN
A nivel molecular
( 0,8 a 50 nm)
la estructura física del almidón
Grado de gelatinización del almidón,
gradiente según difusión del agua
Cierto grado de cristalinidad observado en la
zona central por algunos autores
Este nivel requiere mas estudios
IMPACTO DE LA ESTRUCTURA EN LA DEGRADACIÓN DEL ALMIDÓN
• Durante la elaboración de pastas de trigo candeal: mezclado, extrusión y
secado se forma una estructura muy compacta y una red deproteína continua que envuelve los gránulos de almidón que se
mantiene durante todo el proceso. Dependiendo de la temperatura de secadose produce insolubilización de las proteínas.
• Se observa importante diferencia de estructura entre el granode trigo pan y el grano de trigo durum o candeal.
• En la cocción ocurren grandes cambios como la gelatinización delalmidón y coagulación de las proteínas y se observa un gradienteen estructura dependiendo de la difusión del agua al interior de la pasta.
CONCLUSIONES
• A nivel macroscópico, la pasta de trigo candeal llega al estómago en forma
de partículas sólidas y tiene menor velocidad de vaciamiento gástrico y esto
es debido a la textura compacta de la pasta.
• A nivel microscópico, la encapsulación del almidón en una red
proteíca y la tortuosidad de la misma limita la acción de las amilasas,
restringiendo el progreso a través del producto y también en parte a la lenta
degradación de las proteínas por la pepsina y proteasas pancreáticas.
• A nivel molecular, el grado de gelatinización, que presenta un gradiente
desde la periferia de la pasta hacia el centro y cierta cristalinidad
observada por algunos autores en el centro de la pasta explicaría la lenta
degradación del almidón en las pastas de trigo candeal aunque a este nivel se
requieren mas estudios.
CONCLUSIONES
MUCHAS GRACIAS