Efecto del uso de hidrocoloides en la elaboración de un pan sin gluten con harinas de quinua, kiwicha y tarwi

Abstract

Este estudio evaluó la influencia, tanto individual como combinada, de la goma xantana (GX), goma guar (GG) y la carboximetilcelulosa (CMC) sobre las propiedades reológicas, fisicoquímicas y de textura en panes sin gluten (SG) formulados con harinas andinas de quinua (Chenopodium quinoa Willd.), kiwicha (Amaranthus caudatus L.) y tarwi (Lupinus mutabilis S.). El estudio se desarrolló en tres fases. En la primera fase, se estableció una formulación base (FB) a partir de la evaluación de cuatro formulaciones preliminares, con una proporción fija de 16.67 por ciento para cada harina andina. La selección se basó en el volumen específico, dureza de miga y densidad celular, lo que permitió definir una formulación estándar para el estudio de los hidrocoloides. En la segunda fase, se analizaron los efectos funcionales de GX, GG y CMC mediante un diseño de mezcla tipo simplex lattice centroide aumentado con diez formulaciones y niveles de hidrocoloides entre 0 y 4 por ciento. Se evaluaron propiedades de pasta (viscosidades pico, de retrogradación, mínima y final), propiedades fisicoquímicas, de textura (dureza de miga) y estructura alveolar. Los hidrocoloides modificaron significativamente la reología de la masa, con las viscosidades más altas observadas para 4 por ciento de GG o mezclas intermedias de GG y CMC (2 por ciento cada uno), mientras que las viscosidades más bajas se presentaron con GX (2 por ciento) y CMC (2 por ciento) o con niveles bajos de GG y GX combinados con CMC en proporción intermedia-alta. El mayor volumen específico (3.23 mL/g) se alcanzó con 4 por ciento de CMC, mientras que GX (2 por ciento) y GG (2 por ciento) sin CMC generaron el volumen más bajo (1.72 mL/g). La miga más blanda (120 gf) se logró con GG (2 por ciento) y CMC (2 por ciento), mientras que la más dura (952 gf) se registró con GX (2 por ciento) y GG (2 por ciento) sin CMC. El análisis de imágenes mostró que el área celular media más alta (3.48 y 3.70 mm²) se obtuvo con el uso individual de CMC y GG al 4 por ciento, promoviendo una miga más aireada. En la tercera fase, un análisis de deseabilidad determinó una formulación óptima con 3.602 por ciento de CMC y 0.398 por ciento de GX (sin GG), logrando una puntuación de 0.760. Esta formulación predijo un volumen específico de 2.86 mL/g, dureza de miga de 311 gf y un área celular media de 2.46 mm², lo cual fue confirmado experimentalmente. Los resultados indican que la combinación óptima de hidrocoloides mejora la calidad estructural del pan sin gluten y sus propiedades tecnológicas.

This study evaluated the influence, both individually and in combination, of xanthan gum (XG), guar gum (GG), and carboxymethylcellulose (CMC) on the rheological, physicochemical, and textural properties of gluten-free (GF) breads formulated from Andean flours of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.), amaranth (Amaranthus caudatus L.), and tarwi (Lupinus mutabilis S.). The study was carried out in three phases. In the first phase, a base formulation (BF) was developed by assessing four preliminary formulations, using a fixed proportion of 16.67 percent for each Andean flour. The selection criteria included specific volume, crumb hardness, and cell density, leading to the definition of a standard formulation for hydrocolloid testing. In the second phase, the functional effects of XG, GG, and CMC were analyzed using an augmented simplex-lattice centroid mixture design comprising ten formulations with hydrocolloid levels ranging from 0 to 4 percent. Evaluated parameters included pasting properties (peak, setback, trough, and final viscosities), physicochemical characteristics, crumb texture (hardness), and alveolar structure. The hydrocolloids significantly altered dough rheology, with the highest viscosities observed in formulations with 4 percent GG or intermediate mixtures of GG and CMC (2 percent each). In contrast, the lowest viscosities were observed with 2 percent XG and 2 percent CMC, or with low levels of GG and XG combined with moderate to high levels of CMC. The highest specific volume (3.23 mL/g) was achieved using 4 percent CMC, while the lowest (1.72 mL/g) was recorded with 2 percent XG and 2 percent GG without CMC. The softest crumb (120 gf) was obtained with 2 percent GG and 2 percent CMC, while the hardest (952 gf) resulted from 2 percent XG and 2 percent GG without CMC. Image analysis revealed that the highest mean cell areas (3.48 and 3.70 mm²) were obtained using 4 percent CMC and GG, promoting a more aerated crumb structure. In the third phase, a desirability analysis identified an optimal formulation consisting of 3.602 percent CMC and 0.398 percent XG (without GG), achieving a desirability score of 0.760. This formulation predicted a specific volume of 2.86 mL/g, crumb hardness of 311 gf, and a mean cell area of 2.46 mm², which was experimentally validated. The results demonstrate that the optimal combination of hydrocolloids enhances gluten-free bread's structural quality and technological properties.