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EFECTO DE LA ACTIVIDAD DEL AGUA EN LA CROCANTES SENSORIAL Y DEFORMACIN MECNICA DE LOS BOCADITOS ALIMENTICIOS

E.E. KATZ and T.P. LABUZA

Dept. of Food Science & Nutrition, Univ. of Minnesota, St. Paul. (1981)

RESUMEN

Los chips de papas, palomitas de maz, maz soplado, galletas saladas, fueron equilibradas a diferentes actividades de agua (aw) sobre soluciones saturadas. Los paneles sensoriales determinaron la crocantes y la calidad hednica textural de los productos humedecidos por la tcnica de estimacin de magnitud unida a una escala de concepto verbal. Las actividades de agua crticas (ac) donde los productos fueron organolpticamente inaceptables, generalmente cayeron en el rango de 0.35 0.50 de aw. El anlisis Instron mostr que la curva de fuerza-deformacin cambi de manera distinta cerca de la ac para las galletas saladas y maz soplado, mientras que la curva cambi ms gradualmente con el incremento de aw para las palomitas de maz. Los chips de papa no produjeron una curva de deformacin consistentemente formada. Se encontr que el valor de cohesividad de la palomita de maz es un buen indicador de su crocantes sensorial.

INTRODUCCIN

La crocantes es una prominente caracterstica textural para la mayor parte de productos frescos de bocaditos basados en almidn y cereales secos, y su prdida debida a la adsorcin es la principal causa del rechazo de los bocaditos por los consumidores (Nielsen, 1979). El agua afecta la textura de los bocaditos plastificando y suavizando la matriz de almidn/protena que altera la intensidad mecnica del producto. Sin embargo, actualmente no se conoce el mecanismo molecular actual que explica la transicin del estado crocante al no crocante.

Una hiptesis para la prdida de crocantes es que cuando el contenido de agua en el sistema de bocaditos seco es menor o igual al valor de la monocapa de Brunauer-Emmet-Teller (BET) (Labuza, 1968) hay considerables enlaces de hidrgeno y fuerzas de enlace de Van der Waals entre la matriz molecular de los carbohidratos. Esto produce una fuerte interaccin macromolecular que forma las zonas parecidas al cristal que posiblemente contribuyen a la sensacin de crocantes presente cuando se come debido a la fuerza necesaria para romper esas zonas. Cuando el contenido de agua excede el valor de la monocapa BET, ocurre una disminucin en la interaccin macromolecular debido a las interacciones del aguaagua que rompen los enlaces de fuerza intermolecular. Esto produce regiones menos cristalinas (Suggett, 1965). Adems, la adicin de agua por encima de la monocapa les permite a las macromolculas convertirse en mviles y se deslizan mutuamente cuando el producto es cortado durante la comida. As, podra haber un contenido crtico de agua donde percibe este cambio el consumidor en la conducta que enlaza el agua, que produce la prdida de crocantes. Esto tambin sera comparable con la teora psico-acstica de Vickers y Bourne (1976).

Algunos investigadores han discutido el lmite del contenido de agua en que la calidad textural del bocadito es organolpticamente inaceptable. Kaghan (1969) declar que la industria del chip de papa considera al chip con ms de 3% de humedad como no vendible, mientras que Brennan et al. (1974) declararon que las galletas (crakers) vendidas en el Reino Unido es inaceptable cuando el contenido de humedad excede el 3.5%. Sin embargo, debera notarse que el contenido lmite del agua depende del mtodo usado para determinar la humedad. Karmas (1980) discuti recientemente problemas relacionados a las mediciones del contenido de humedad usado para los sistemas alimenticios.

El mejor mtodo para establecer las condiciones crticas de la humedad para la aceptacin de la textura es estudiar los sistemas alimenticios de los bocaditos como una funcin de la actividad del agua (aw) que es una propiedad fsico-qumica del agua. Quast y Karel (1972) encontraron la actividad crtica del agua (ac por ejemplo, la aw cuando el producto fue inaceptable) para los chips de papa es 0.40, y Brickman (1957) encontr el mismo ac para los chips de maz. Ninguno de esos estudios determinaron las condiciones crticas de humedad (ya sea ac o lmites del contenido de agua) discutidos en los mtodos sensoriales usados establecen su humedad crtica o valores de actividad del agua.

La propiedad mecnica de la crocantes en los bocaditos ha sido examinado por varios investigadores. Usando la prueba de puncin, Bourne et al. (1966) estudiaron los chips de papa a diferentes contenidos de humedad y observaron una disminucin de la pendiente inicial desde la curva de fuerza-deformacin cuando aument el contenido de agua. Szczesniak y Hall (1975) examinaron los chips de papa con el Texturmetro de la General Foods utilizando un mbolo de 17 mm de dimetro, y relacionado con la primera altura pico desde un ciclo de compresin de 2 BITE para la crocantes. Zabik et al. (1979) relacionaron la intensidad de la rotura de las galletas dulces mordidas a la crocantes a diferentes aw. Bourne (1975) ilustr la curva de deformacin fuerza para un maz soplado y galleta salada comprimido en 80% por ciclo de compresin de 2 bite con una Mquina de Prueba Instron, y relacion la forma de cada curva con la integridad estructural del producto. El not que esos dos productos tienen una baja cohesividad y sufrieron una fractura quebradiza, que son caractersticos del alimento crocante. El trabajo preliminar en nuestro laboratorio con una celda de prueba de Ottawa mostr una pendiente inicial no lineal para los bocaditos de maz que difieren desde la figura publicada por Bourne (1975) que mostr una pendiente inicial lineal.

Una evaluacin sensorial de la crocantes frecuentemente acompa el anlisis mecnico de los bocaditos acondicionados a diferentes humedades. Vickers (1975) mostr que la pendiente inicial de una curva de fuerza deformacin por la prueba de aguja es un buen indicador de la crocantes sensorial con sonidos vivos y Cheetos. Iles y Elson (1972) estudiaron los chips de papa (chips) y galleta cracker con un puncin de 3.4 mm de dimetro y una prueba con la brocha de presin, respectivamente, y encontraron una disminucin en la crocantes sensorial o preferencia de textura como una disminuida pendiente inicial. Brennan et al. (1974) tambin estudiaron las galletas con una prueba de brocha de presin y encontr que el mdulo de elasticidad y deformacin para la fractura fue mejor correlacionada con la crocantes sensorial. Ninguno de esos investigadores relacionaron los cambios especficos cuantitativos en el valor de la pendiente inicial al contenido del valor crtico o aw donde fue prdida la crocantes sensorial.

Los objetivos de este trabajo fueron: (1) estudiar la intensidad de la crocantes sensorial y los valores totales hednicos texturales para los bocaditos basado en cereales como una funcin de la aw: (2) para determinar los valores crticos de aw donde esos productos fueron organolpticamente inaceptables debido a ya sea la falta de crocantes o pobre textura total; (3) estudiar las curvas de deformacin fuerza para los bocaditos como una funcin de aw y para relacionar los cambios en la aparicin de la curva a los cambios en las propiedades sensoriales; y (4) relacionar esas observaciones del supuesto modelo.

EXPERIMENTO

MaterialesLos chips de papa, palomitas de maz, y maz soplado fueron obtenidos desde Old Dutch Foods, Inc., (St. Paul, MN). Las galletas saladas cubiertas sin sal fueron obtenidas de Keebler Company (Elmhurst, IL).

Contenido Inicial de Humedad

Los contenidos de humedad inicial para los bocaditos fueron determinados por el Mtodo de Fisher Karl con un titulador II Aquatest (Photovolt Corporation, NY).

Actividad del agua inicial

Las actividades de agua inicial para los bocaditos fueron determinados con un manmetro de presin de vapor como fue descrito por Lewicki et al, (1978).

Isotermas de sorcin de humedad

Las isotermas de sorcin de humedad fueron preparadas equilibrando 2-3 g de muestras por 3 semanas a 20C por encima de las soluciones saturadas de sal en los deshidratadores evacuados. Las sales usadas fueron: CaSO4 (aw = 0), LiCl (aw = 0.11), CH3COOK (aw = 0.22), MgCl2 (aw = 0.33), Zn(NO3)2 (aw = 0.40), K2CO3 (aw = 0.44), Mg(NO3)2 (aw = 0.52), NaNO2 (aw = 0.65), NaCl (aw = 0.75) y KCl (aw = 0.85).

Los valores de la monocapa BET fueron determinados desde los datos de la isoterma como fue descrito por Labuza (1968).

Anlisis sensorialLa tcnica de estimacin de magnitud junto con una escala de concepto verbal (Moskowitz, 1977) fue usada para determinar la intensidad de crocantes y escalas hednicas texturales totales. En cada sesin de prueba, a los jueces les presentaron una serie de muestras de un bocadito acondicionado con varias actividades de agua. Los aw seleccionados para el anlisis de la galleta salada y palomitas de maz fueron 0, 0.11, 0.22, 0.33, 0.44, 0.52 y 0.75. Los chips de papa fueron acondicionados como fue descrito anteriormente excepto sin una aw = 0.75. Para todos los anlisis sensoriales, la aw = 0.33 de la muestra fue la primera muestra evaluada mientras que las otras fueron presentadas al azar.

Para estudiar la intensidad de la crocantes, los jueces asignaron valores positivos para las muestras percibidas como crocantes y asignaron un puntaje de cero para las muestras que no fueron percibidos como crocante. Para el estudio hednico, los jueces asignaron valores positivos para las muestras que les agrad, y los valores negativos a las muestras que les disgust, y un puntaje de cero si las muestras no fueron agradables y desagradables.

El tamao de la muestra fue tres ncleos de la palomita de maz, dos del maz soplado, uno de chips de papa, y un cuarto de la galleta salada. La cantidad de la muestra dependi del tamao del material alimenticio.

Treinticinco hombres y treinticinco mujeres estudiantes y los miembros del personal del Dpto de Food Science Nutrition de la Universidad de Minnesota participaron como jueces en cada sesin de prueba. Los jueces variaron desde 20-50 aos de edad, y no fueron entrenados para este estudio.

Los datos sensoriales desde el estudio de la intensidad fueron normalizados dividiendo cada uno de los valores de los jueces por la media geomtrica de su concepto de puntaje. Los valores hednicos fueron normalizados dividiendo los puntajes positivos por la media geomtrica de los conceptos de agrado y puntajes negativos para la media geomtrica de los conceptos desagradables. Los valores del concepto verbal en ambos estudios sensoriales tambin fueron normalizados dividiendo por la media geomtrica de cada uno de los respectivos puntajes del concepto de los jueces (Moskowitz, 1977).

La actividad de agua crtica (ac) fue definida como la actividad del agua que correspondi a la mediana normalizada del nivel de concepto de la crocantes mnima aceptable y la mediana normalizada del nivel del concepto de aceptacin mnimo textural. Esos valores fueron encontrados restando la mediana del valor del nivel de aceptacin normalizado para el puntaje sensorial en una ecuacin de regresin del puntaje sensorial vs aw. Cuando la funcin no fue lineal, ac fue determinado grficamente.

Las diferencias estadsticas en las propiedades sensoriales entre las muestras a diferentes aw fue determinado por el anlisis de dos variables de la variancia y la modificacin de Bonferonni para la distribucin de probabilidad estndar al nivel de significacin de 5% (Bingham, 1980).

Anlisis de deformacin mecnica de la fuerzaLas muestras de prueba fueron equilibradas a la aw usado para preparar las isotermas de sorcin de humedad por 2 semanas. Todas las muestras equilibradas fueron sometidos al anlisis de una Mquina de Prueba Universal Instron, Modelo 1101 (Instron Corporation, Canton, MA).

Las galletas saladas fueron sometidas a la prueba de la brocha de presin con una sola hoja de 1/8 de espesor. Las galletas crakers fueron posicionadas en el bloque de metal que fue separado por un ancho de 1/2 pulg. La cruceta descendi a la velocidad de 2 cm/min mientras que la velocidad fue 30 cm/min. Fue medida la pendiente inicial y la fuerza pico.

Los chips de papa fueron sometidos a una prueba de la brocha de presin como fue descrito antes y a una prueba de puncin con una sonda cilndrica de extremo plano con dimetro de 3/16 de pulg. La cruceta descendi a una velocidad de 2 cm/min y la velocidad del diagrama fue 20 cm/min. Fue medida la pendiente inicial.

Las muestras de un gramo del maz soplado y semillas de maz fueron sometidas al ciclo de compresin modificada de dos bite a 75% de su altura original en una adaptacin de la celda OTMS de 10 cm2 para el Instron. En vez de la placa de compresin plana fueron usados una placa de compresin cortante con cuatro hojas de metal posicionados a intervalos de pulg (Breene, 1980). Las velocidades de la carta y cruceta fue el mismo que para los chips de papa. La fuerza de pico, trabajo y cohesividad fue definida por Friedman et al (1963) y adaptado al Instron por Bourne (1968) fue medido desde la curva de deformacin de la fuerza. El trabajo fue realizado en el rea bajo la primera curva de compresin y cohesividad es la tasa del rea bajo la segunda compresin dividida por el rea bajo la primera compresin.

Las diferencias estadsticas en las propiedades mecnicas entre las muestras a diferentes aw fueron determinadas por el anlisis de variancia y la Prueba de Rango Mltiple de Duncan (Duncan, 1955) a un nivel de significacin de 5%.

RESULTADOS Y DISCUSIN

LA CROCANTES, la textura deseable en los bocaditos secos es sensible a la ganancia de humedad. As, un contenido inicial de humedad y aw fue determinado con la finalidad para monitorear los cambios en las propiedades sensoriales y mecnicas en las bases qumica-fsicas. El aw inicial y el correspondiente contenido de humedad para los bocaditos examinados son mostrados en la Tabla 1.

Las isotermas de sorcin de humedad para los productos son mostradas en la Figura 1a-1d. Esas isotermas tienen la tpica forma sigmoide (tipo II) como fue descrito por Labuza (1968). Desde esas isotermas, fueron calculados los valores de la monocapa de BET, y esos valores junto con los correspondientes aw tambin es mostrada en la Cuadro 1.

Todos los contenidos de humedad inicial estuvieron por debajo de los valores de BET, como fue esperado.

Tabla 1: Actividad de agua inicial, BET y volumen de humedad para cuatro bocaditos alimenticios

ProductoawValor inicial

m

g H2O/100g

Slidos secoAwBET

m

g H2O/100g

Slidos seco

Galletas saladas

Chips de papas

Maz soplado

Palomitas de maz0.074

0.076

0.082

0.0621.42

0.65

1.83

1.700.22

0.21

0.18

0.174.8

2.9

2.9

3.4

Anlisis sensorialLa evaluacin sensorial de la intensidad de crocantes como una funcin de aw fue estudiada porque la crocantes es una sobresaliente caracterstica de textura de los bocaditos basados en almidn y cereal seco, y su prdida es la principal causa para el rechazo del producto.

Los niveles de intensidad de la crocantes normalizada mediana y los valores del concepto de intensidad de la crocantes es mostrado en el Tabla 2. Para los cuatro bocaditos, cuando aument aw, disminuy la intensidad de la crocantes. Los datos para las palomitas de maz son mostrados en la Figura 2. Para este producto ac para la intensidad fue aw = 0.47, que es un rango ligeramente crocante.

Un puntaje hednico textural total fue determinado para los bocaditos como una funcin de aw con la finalidad para los bocaditos como una funcin de aw, con la finalidad de observar si una falta de crocantes coincide con la insatisfaccin para los productos examinados.

La mediana de los puntajes hednicos textural normalizado es mostrada en la Tabla 3, y de nuevo disminuy los valores sensoriales. Los datos para la palomita de maz son mostrados en la Figura 3, y el ac para el anlisis de textura total cayeron a aw = 0.43, que est por encima del concepto ligeramente desagradable.

Tabla 2. intensidad de crujientes del medio y anotar en el concepto para cuatro bocaditos alimenticios como una funcin de actividad de agua

Producto

AwGalleta saladaaChips de papasMaz sopladoPalomita de maz

Numero de jueces

0

0.11

0.22

0.33

0.44

0.52

0.7535

1.355a

1.255 a,b

1.082 b

0.904 b

0.502 c

0.286 d

0 e35

1.797 a

1.414 a

NT

0.904 b

0.725 b

0.296 c

0 d52

1.437 a

1.355 a

0.806 b

0.452 b,c

0.302 c

0.042 d

NT40

1.355 a

1.071 a,b

0.897 b,c

0.837 c

0.614 c,d

0.391 d

0.103 e

Conceptos

Sumamente crujiente

Muy crujiente

Moderadamente crujiente.

Ligeramente crujiente

No crujiente

Mnimo aceptable

Crujientes

Intensidad1.807

1.355

0.904

0.452

0

0.6842.149

1.414

0.884

0.400

0

0.4751.807

1.355

0.880

0.452

0

0.4821.807

1.363

0.904

0.452

0

0.509

a: medianas seguidos por la misma carta no son significativamente diferentes de otros (p ac, el maz soplado no fue extruida, as fue ms suave la curva. El segundo mordisco muestra una curva ms suave indicando una compresin. La curva de fuerza-determinacin para la palomita de maz fue similar a los mostrados para el maz soplado.

La Figura 6 muestra el trabajo requerido para la compresin al 75% de las muestras de maz vs aw. Cuando fue incrementado el aw, hubo una elevacin lineal, luego una gradual disminucin en el trabajo requerido para la compresin de la palomita de maz. La condicin de aw = 0 fue significativamente diferente de todos los otras condiciones aw en el valor del trabajo, y no hubo distintos cambios en la forma de la primera curva del mordisco cerca de ac. Para el maz soplado, hubo una elevacin lineal inicial en el trabajo cuando aument aw y luego al nivel de los valores de trabajo de aw > 0.22. Esta nivelacin ocurri justo por encima del valor de ac determinado por el estudio textural hednico total. Adems la curva de fuerza de compresin mostr un cambio desde el patrn de extrusin a la curva de compresin suave a aw = 0.33. Un trazo de la fuerza pico vs aw para los dos sistemas de maz se parecieron a los trazos mostrados en la Figura 6.

La Figura 7 muestra cohesividad de los productos del maz vs aw. De nuevo, cuando aument el aw, hubo una elevacin lineal para la propiedad mecnica para los maces soplados, y luego una nivelacin a aw = 0.33. Para la palomita de maz, se encontr una interrelacin lineal para el rango completo de aw mostrado sin romper en el trazo cerca del aw crtico.

Para el anlisis mecnico de los maces soplados, parece que la fuerza pico, trabajo y cohesividad puede usarse como un indicador de la crocantes a aw por debajo de ac para el estudio hednico total. Las grficas de esas funciones vs aw fueron lineales hasta el aw crtico. Adems, hubo un cambio obvio en la conducta de compresin por encima de ac. Para la palomita de maz, la cohesividad fue un buen indicador de la crocantes aunque no hubo cambios distintivos en la curva de fuerza deformacin a ac.

En total, el anlisis mecnico mostr tendencia generales, en la formas de las curvas de fuerza deformacin de los bocaditos como una funcin de la aw. Adems, estuvo presente un cambio crtico para la galletas saladas y maz soplado cerca de los aw crtico determinado desde los estudios sensoriales.

CONCLUSIONES

LA INTENSIDAD DE LA CROCANTES y la textura hednica de los bocaditos fueron encontrados que es una funcin de la aw. Cuando aument la aw, disminuy la aceptabilidad sensorial. Las actividades de agua crticas (ac) fueron encontradas inaceptables desde el punto de vista sensorial. Esos generalmente caen en el rango de aw 0.35 0.50, que es el mismo rango de aw donde ocurren las transformaciones de amorfa a cristalina en sistemas alimenticios con azcar simple y comienza la movilizacin de los constituyentes solubles del azcar.

El anlisis mecnico mostr que la pendiente inicial de la curva de deformacin para las galletas saladas, desde una prueba de la brocha de presin, es un buen indicador para la intensidad de la crocantes aceptable o inaceptable. Sin embargo, se encontr que el anlisis sensorial es mejor determinante del grado de intensidad de crocantes. El anlisis de la pendiente inicial no fue realizado para los chips de papa debido a sus patrones de fracturacin inconsistentes. El trabajo, la fuerza pico, o cohesividad del maz soplado puede usarse como indicador de la crocantes cuando la aw de la muestra est por debajo de ac. Finalmente, la cohesividad es un buen indicador de la crocantes de la palomita de maz.

Aunque las interacciones moleculares no fueron medidas como fue descrito en el modelo, ocurri junto a una escala macroscpica como una funcin de la aw. Los estudios de nuestro laboratorio utilizan el NMR pulsado para la determinacin del grado de enlace del agua que mostr cambios significativos cerca de ac, pero fue baja la sensibilidad del instrumento. Adems, el microscopio electrnico de barrido no indic algn hinchamiento visual cerca de ac (Labuza y Katz, 1980). As, el modelo no pareci en trmino de todos o ningn fenmeno, pero ms bien hubo un cambio gradual en el enlace intermolecular cuando aumenta el contenido de humedad por encima de la monocapa que es encontrado por calorimetra de barrido (Suggetti, 1965).REFERENCIAS

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Ms received 6/27/80; revised 8/27/80; accepted 8/24/80.

Artculo traducido de:

Journal of Food Science Vol 46 (1981) 403 409

Recepcionado por la EAP Ingeniera Alimentos

Facultad de Ingeniera UpeU

** Ing. Samuel Silva Baigorria