La producción de alimentos funcionales, como las galletas y los refrigerios ricos en fibra y proteína, ofrece importantes beneficios para la salud y el control del peso. Estos productos pueden contribuir a la saciedad, mejorar el control del peso, y presentar una menor respuesta a la glucosa (RG) y/o un menor índice glucémico (IG), lo que los convierte en una opción adecuada para personas que buscan controlar su peso o para diabéticos. Un estudio reciente sugiere que las dietas ricas en frutas cítricas, vegetales de hoja verde y aceite de pescado, con un bajo índice glucémico, pueden reducir el riesgo de degeneración macular asociada a la edad (DMAE), la principal causa de pérdida de visión entre los ancianos.
El índice glucémico (IG) indica la velocidad con la que un alimento eleva la glucemia. Los alimentos con un IG elevado, como el pan y las patatas, tienden a provocar un aumento rápido, mientras que los alimentos con un IG bajo, como las lentejas, la soja, el yogur y muchos granos ricos en fibra, producen un aumento más gradual. Los aumentos bruscos de glucemia asociados a dietas con alto IG pueden, a largo plazo, dañar la mácula debido a la interacción del exceso de glucosa sanguínea con otras moléculas, como grasas y proteínas, formando moléculas glucosiladas.
Desafíos en la Formulación de Galletas Ricas en Proteínas y Fibra
Aumentar el contenido de proteína y fibra en la producción continua de galletas, hasta niveles de al menos 4 g de fibra y 4 g de proteína por porción de 30 gramos, puede generar problemas en el maquinado de la masa culinaria. Estos incluyen una textura dura y la aparición de sabores extraños en los productos de panadería. Para lograr una buena dispersabilidad de la proteína y la fibra en la masa culinaria, es crucial que estas estén adecuadamente hidratadas.
Se ha encontrado que cuando se emplean grandes cantidades de proteína y fibra, se produce una hidratación incompleta, acompañada de la formación de grumos. Esto resulta en una textura más dura en los productos horneados y la aparición de sabores extraños, posiblemente debido a dicha hidratación incompleta. Aunque se intente agregar más agua e intensificar el mezclado durante la producción de masa culinaria para aumentar la hidratación, esto requiere tiempos de horneado prolongados y/o mayores temperaturas para eliminar el exceso de agua, sin mejorar suficientemente el problema de la dispersabilidad y la formación de grumos.
La vaporización es una alternativa para hidratar la proteína y la fibra con menores cantidades de agua o humedad. Sin embargo, cuando una mezcla de proteína y fibra se vaporiza, tiende a producirse una aglomeración excesiva debido a la formación de una capa superficial hidratada y dura, que impide una penetración sustancial del agua o la humedad en el interior de los grumos. Se cree que esta capa dura podría deberse a una desnaturalización excesiva de la proteína causada por la elevada temperatura del vapor. Aumentar los tiempos o la intensidad del mezclado tampoco elimina suficientemente el problema de la formación de grumos.
Además, la vaporización de proteína y fibra en presencia de harina puede causar una excesiva gelatinización del almidón antes del horneado. Esta gelatinización prematura contribuye a la formación de grumos en la masa culinaria y a una textura más dura en el producto final.
Estrategias para la Incorporación de Proteínas y Fibra
Métodos de Aditivos Complejos
La patente de Estados Unidos N.° 2006/0141126, otorgada a Levin et al., propone enriquecer productos de grano, como el pan, con proteína y/o fibra mediante el agregado de composiciones complejas a las harinas o a la masa culinaria. Estas composiciones complejas, una vez incorporadas en la masa, permiten controlar la hidratación de la proteína o fibra para lograr características deseables en la masa y en los productos horneados, con una textura y estructura de miga similar a la de los panes sin adiciones significativas de gluten y/o fibra.
- Los aditivos de proteína comprenden proteína, hidrocoloides y aceite, y opcionalmente minerales y emulsionantes. Los aditivos preferidos incluyen gluten de trigo vital, goma guar, goma xantano, carbonato de calcio, lecitina y aceite de colza. Estos se procesan para formar una composición compleja de alta densidad con un contenido de gluten vital de aproximadamente 85% en peso.
- Los aditivos de fibra contienen fibra dietética, hidrocoloides y aceite, y opcionalmente minerales y emulsionantes. Los aditivos preferidos incluyen fibra dietética, goma guar, goma xantano, carbonato de calcio, lecitina y aceite de colza. Estos se procesan para formar una composición compleja de alta densidad con un contenido de fibra dietética de aproximadamente 85% en peso.
El proceso para elaborar estos aditivos de proteína y fibra implica mezclar la proteína y/o la fibra, los hidrocoloides, los minerales, la lecitina, el aceite y el agua en una mezcladora capaz de crear alto cizallamiento, seguido de un secado en un horno convencional. Estos aditivos pueden agregarse a la harina en una cantidad que varía entre aproximadamente 0% y 200% en peso de la harina, o entre aproximadamente 5% y 50% en peso.
Según Levin et al., se cree que el agua absorbida por las gomas penetra lentamente en el "núcleo" denso de proteína y/o fibra, iniciando la hidratación a una velocidad significativamente reducida en comparación con la proteína o la fibra "libres" dispersas en la masa culinaria. Para los aditivos de proteína, esta hidratación controlada lograda por las composiciones complejas resulta en una disminución o retardo en el entretejido del gluten.
Tecnologías de Extrusión para Productos Ricos en Proteínas
La patente de Estados Unidos N.° 7,235,276 de Alien et al. describe productos alimentarios secados por soplado, listos para consumir, ricos en proteína y fibra. Estos contienen aproximadamente 50% a 75% (peso seco) de alimento cocido, cantidades suficientes de al menos un ingrediente con fibra dietética (1-45% peso seco), y almidón (5-45%). Se preparan formando una masa comestible hidratada, caliente, trabajada y expansible en un extrusor, expandiéndola directamente después de la extrusión, dándole forma de trozos soplados y secándolos para obtener el producto final.
Otra patente, la N.° 7,220,442 de Gautam et al., divulga una barra nutritiva con pepitas de alto contenido proteico. Estas pepitas, que incluyen más del 50% en peso de proteína no de soja (preferentemente proteína de leche, en particular de suero), se preparan usando un proceso de extrusión a temperaturas entre 60 y 140 °C para evitar el daño a las proteínas del suero y sabores extraños, seguido de secado. Un método alternativo utiliza una temperatura de extrusión menor (hasta 90 °C) y la inyección de líquidos supercríticos antes de la extrusión para formar un producto soplado. Fuentes de fibra como inulina, goma guar, goma arábiga, fibra de avena y celulosa pueden incluirse para proporcionar al menos 2 gramos de fibra por porción de 56 g.
La patente de Estados Unidos N.° 4,319,954 de Kuipers et al. describe un refrigerio dietético rico en fibra, producido mezclando una sustancia que contiene fibra (difícil de extruir por sí misma) con una proteína como la proteína de leche plastificable, con un contenido de humedad entre 8% y 25%, y extruyendo la mezcla a una temperatura de al menos 100 °C.
La publicación de la patente de Estados Unidos N.° 2008/0003340 de Karwowski et al. detalla la producción de productos alimentarios compuestos de grano entero, estables en almacenamiento, como refrigerios y cereales. El proceso implica cocinar las partículas de grano en presencia de agua para gelatinizar el almidón, mezclarlas con almidón, harina de grano entero, ingredientes menores opcionales y un componente alimentario (vegetales o frutas) para preparar una masa. Se puede emplear inyección de vapor para gelatinizar el almidón. A la masa se le da forma de unidades discretas y se hornea o fríe. Se pueden añadir sólidos de leche deshidratada no grasa (leche en polvo) o proteína de soja para alcanzar un nivel de proteína final entre aproximadamente 10% y 20% en peso.
Finalmente, la patente de Estados Unidos N.° 2007/0077345 de Borders et al. revela un proceso para producir un producto alimentario rico en proteína combinando proteína de soja (70%-74% del peso seco) con otra proteína (como gluten de trigo, 23%-27% del peso seco) y extruyendo la mezcla. La extrusión puede incluir la fusión y/o plastificación de los ingredientes, gelatinización del almidón y desnaturalización de las proteínas. El producto final puede ser una galleta o un refrigerio.
El Lactosuero como Fuente Proteica en Galletas
Composición y Valor Nutricional del Lactosuero
El lactosuero, suero lácteo o suero de leche, es la fracción líquida que se obtiene durante la coagulación de la leche en el proceso de fabricación del queso, después de separar el coágulo. Contiene el 50% de los sólidos de la leche, incluyendo proteínas, lactosa, minerales y vitaminas. Es un producto lácteo obtenido por separación del coágulo de leche mediante acción ácida o de enzimas como el cuajo.
En el lactosuero se encuentran partículas suspendidas solubles e insolubles (proteínas, lípidos, carbohidratos, vitaminas y minerales), así como compuestos de importancia biológica-funcional. Contiene numerosas vitaminas hidrosolubles como tiamina, ácido pantoténico, riboflavina, piridoxina y ácido nicotínico. En cuanto a los minerales, el suero de leche es rico en calcio, potasio, fósforo, sodio y magnesio. También contiene compuestos biológicamente activos y péptidos bioactivos que tienen un impacto positivo en diversas funciones corporales.
Las proteínas del suero del queso son de muy elevado valor nutricional debido a un adecuado balance de aminoácidos, bajo contenido de lactosa y grasa. Generalmente, este subproducto no se aprovecha completamente y es desechado, generando problemas de contaminación de agua y suelo. Su aprovechamiento en alimentos no solo permite beneficiarse de sus nutrientes, sino que también disminuye la contaminación ambiental.
Anualmente, a nivel mundial se producen 40.700.000 toneladas de lactosuero, y solo aproximadamente la mitad se aprovecha en la alimentación humana y animal, el resto se trata como desecho.
Procesamiento del Lactosuero para su Uso en Galletas
En una investigación, se recolectaron 20 L de suero dulce proveniente de la fabricación de queso artesanal, manteniéndolo a 8°C hasta su uso. Una porción (2L) se reservó como muestra de suero dulce original (SDo). El resto (18L) se concentró utilizando membranas de ultrafiltración/nanofiltración tangencial, obteniendo aproximadamente 4L de suero concentrado. De estos, 2L representaron el concentrado proteico de suero dulce (cpSD).
Los 2L restantes de suero concentrado se calentaron a 90°C durante 60 minutos en un baño de agua para precipitar las proteínas séricas (el Glicomacropéptido, GMP, es termoestable a esta temperatura). Posteriormente, se centrifugó durante 30 minutos a 4472 g, descartando el precipitado. El sobrenadante resultante constituyó la muestra de aislado de glicomacropéptido (aGMP). Las tres muestras (SDo, cpSD y aGMP) se concentraron en un rotoevaporador a 35°C hasta un tercio de su volumen original y luego se secaron por separado en una estufa con aire forzado a 35°C durante cuatro días hasta completa sequedad.
Las galletas se elaboraron de manera convencional utilizando ingredientes como suero de leche (en polvo), harina, azúcar, sal, mantequilla, huevo, bicarbonato y chispas de chocolate. Se incorporaron 70 g de suero de leche en polvo en lugar de leche líquida. La mezcla se horneó a 180°C durante 20 minutos.
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Formulaciones y Evaluación Sensorial de Galletas con Lactosuero
Para determinar el porcentaje de enriquecimiento más aceptado, se formularon galletas con 2.5%, 5% y 7.5% de cada subproducto proteico (SDo, cpSD, aGMP) y se sometieron a una evaluación sensorial afectiva utilizando una escala hedónica no estructurada de 10 puntos (donde 0 es "me disgusta muchísimo" y 10 es "me gusta muchísimo"). Se evaluaron atributos como color, olor, sabor, textura y aceptación global por un panel de 25 adultos jóvenes consumidores habituales de galletas.
En el primer análisis sensorial, de los cinco atributos evaluados, solo hubo diferencia significativa (P<0,05) en el atributo sabor entre las formulaciones con diferentes porcentajes de enriquecimiento. Los valores de aceptación global no mostraron diferencia significativa (P>0,05), indicando una buena aceptabilidad general del producto. Las galletas enriquecidas con 7.5% de los tres subproductos (A3, B3 y C3) obtuvieron las mayores puntuaciones, siendo la formulación B3 la de mayor puntaje. Posteriormente, las galletas más aceptadas (A3, B3 y C3) fueron sometidas a un análisis fisicoquímico y a una nueva evaluación sensorial con un panel no entrenado.
Harinas de Leguminosas como Alternativa Proteica
Preparación de Harina de Tapirama
La tapirama (Phaseolus lunatus) es una leguminosa con un alto valor nutritivo debido a su contenido proteico (20% al 26%). Para su uso en galletas, las semillas de tapirama seca veteada se someten a un procedimiento que incluye lavado y remojo por 24 horas con agua destilada a 37ºC, con el fin de reducir los taninos o polifenoles condensados y, por ende, su sabor amargo. Posteriormente, las semillas se germinan durante 4 a 5 días a una temperatura entre 25 y 30ºC, con lavados manuales diarios. Después de la germinación, se retira la concha manualmente y el grano germinado se deshidrata en una estufa de aire forzado a 60ºC hasta peso constante.
La tecnología de harinas compuestas se emplea para integrar las habilidades nutricionales de las leguminosas en productos como galletas. En un estudio, se prepararon galletas con una proporción de harina de trigo:tapirama de 50:50, basándose en investigaciones previas que sugieren esta proporción.
Análisis de Galletas con Harina de Tapirama
El análisis proximal de galletas elaboradas con harina de trigo y tapirama (50:50) reveló un contenido de proteína de 15,7±0,2%, significativamente superior al valor mínimo de 3,0% establecido por la Norma Venezolana COVENIN 1483:2001 para galletas de harina de trigo. Este resultado es comparable a los valores reportados en galletas de harina de Bledo (11,44% a 14,66%), y supera el valor de 6% de proteína exigido por las normas venezolanas.
La humedad de estas galletas fue de 3,9%, dentro del parámetro normativo de 5%. El porcentaje de fibra cruda fue de 3,03±0,1%, un valor notablemente superior a lo indicado para galletas simples surtidas (que no poseen fibra), lo que las clasifica como una buena fuente de fibra. El contenido de carbohidratos totales fue de 72,67±0,2%, ligeramente por debajo del 75% requerido, posiblemente debido a la sustitución parcial de la harina de trigo. El porcentaje de grasa fue de 2,62±0,1%, inferior al 12,7% requerido, lo que indica una buena emulsión de la mezcla de harinas con poca grasa.
El porcentaje de cenizas (2,08±0,1%) fue superior al 1,6% establecido por la norma, lo cual podría deberse a que la harina de tapirama, cosechada en una región cercana a la costa, conserva parte de las características minerales del suelo. En cuanto a los minerales, las galletas presentaron un valor de potasio de 1,05±0,08%, sodio de 4,05±0,08%, magnesio de 2,86±0,001%, manganeso de 0,04±0,01%, cobre de 0,06±0,006% y hierro de 0,34±0,05% (34 mg), contribuyendo significativamente a la ingesta diaria recomendada de estos micronutrientes.
Métodos de Análisis de la Composición Nutricional en Galletas
Para determinar la composición nutricional de las galletas enriquecidas, se emplean métodos estandarizados. Los análisis fueron aplicados a las galletas con sustitución parcial de harina de trigo por harina de tapirama en proporción (50:50).
Análisis Proximal
- La proteína se determinó bajo las condiciones descritas por la norma COVENIN 1195-80.
- Para la determinación de grasa se utilizó la extracción Soxhlet según COVENIN 1785-81.
- La determinación de fibra cruda se empleó el método COVENIN 1789-81.
- La ceniza se determinó por la norma AACC (1988) o AOAC 923.03.
- La humedad fue determinada por el método descrito en la norma COVENIN 1553-80 (pesos constantes) o AOAC 925.09.
- El contenido de carbohidratos disponibles se calculó por diferencia: Carbohidratos totales = (100 - (proteína + fibra + grasas + humedad + cenizas)).
Determinación de Minerales
La determinación del fósforo se realizó por el método volumétrico (AACC, 1988). Para el análisis de Cobre (Cu), Hierro (Fe), Manganeso (Mn), Potasio (K) y Sodio (Na), se pesaron 10 g de muestra de galleta y se llevaron a una mufla digital por 12 a 18 horas hasta obtener una ceniza de color blanco. Luego se enfrió y se preparó la muestra pesando un gramo en un beaker con 2 ml de HCl a 0,1M, para ser leída en un Espectrómetro de Absorción Atómica (SpectrAA 20 plus), determinando Cu, Fe, Na, Mg, Mn y K.
Evaluación Energética
La energía metabolizable se calculó usando el método empírico, multiplicando el porcentaje de proteínas y carbohidratos por 4 Kcal, y el porcentaje de grasa por 9 Kcal. El Valor Energético Recomendado (VER) se estimó a partir del contenido de proteínas, grasas y carbohidratos para una ración de 30 g de galleta. El total de calorías se calculó como la suma de los valores de las fracciones individuales. Se consideró un aporte calórico base de 2000 Kcal.
Beneficios Nutricionales y Cumplimiento Normativo
Las galletas enriquecidas con lactosuero mostraron porcentajes de proteínas entre 13,61% y 14,30%, aproximadamente cuatro veces por encima de lo establecido por la Norma COVENIN 1483 para este tipo de producto. Las formulaciones con aislado de GMP (C3) tuvieron el mayor porcentaje de proteínas. Estos valores superan los porcentajes proteicos de galletas comerciales (5,27% a 10,76%) y cumplen con los requisitos energéticos del 12,47% al 13,07% del aporte calórico total de proteínas.
El contenido de carbohidratos disponibles en las galletas enriquecidas con lactosuero varió entre 64,66% y 65,36%, lo que indica la posible presencia de GMP en su forma glicosilada. El aporte energético de estos carbohidratos (58,26% a 59,94%) se corresponde con el requerimiento energético total reportado para este macronutriente (aproximadamente 55%). La energía metabolizable de estas galletas estuvo entre 436,19 y 441,46 Kcal/100g.
El análisis proximal de las galletas de harina compuesta de trigo y tapirama permitió conocer que poseen un alto valor nutritivo, con 15,7% de proteína, 3,03% de fibra y 72,67% de carbohidratos totales. Las galletas a base de leguminosas, como la tapirama, constituyen una fuente importante de proteínas, carbohidratos y fibra, que pueden contribuir significativamente a la alimentación, especialmente en poblaciones con problemas de malnutrición. La tapirama es rica en Calcio, Sodio, Magnesio y Potasio, y una buena fuente de Hierro, Sodio, Potasio y Magnesio, superando a otros cereales o tubérculos en estos aspectos.
Estos valores obtenidos contribuirán a la aplicación de nuevos proyectos en la industria alimentaria, al ofrecer alternativas nutritivas y, potencialmente, reducir los costos de importación de materias primas como el trigo.