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