Mejora nutricional de bizcochos mediante la incorporación de fibra cítrica

MEJORA NUTRICIONAL DE BIZCOCHOS MEDIANTE LA INCORPORACIÓN DE FIBRA CÍTRICA TRABAJO FIN DE MÁSTER CURSO ACADÉMICO 2022/2023 Alumno: Marina Braojos García Tutor: Manuel Gómez Pallarés Cotutor: Laura Román Rivas Máster en Calidad, Desarrollo e Innovación de Alimentos E.T.S. Ingenierías Agrarias, Campus La Yutera (Palencia) Universidad de Valladolid Índice 1. Introducción .............................................................................................................. 1 2. Materiales y métodos ................................................................................................ 3 2.1. Materiales ........................................................................................................... 3 2.2. Métodos ............................................................................................................. 4 2.2.1. Elaboración de los bizcochos ....................................................................... 4 2.2.2. Propiedades de la harina y de la mezcla harina-FC ..................................... 5 2.2.3. Propiedades del batido ................................................................................ 5 2.2.4. Propiedades físicas del bizcocho ................................................................. 6 2.2.5. Análisis sensorial ......................................................................................... 8 2.2.6. Análisis estadístico ....................................................................................... 8 3. Resultados y discusión ............................................................................................. 8 3.1. Propiedades de la harina y de la mezcla harina-FC ........................................... 9 3.2. Propiedades del batido ..................................................................................... 10 3.3. Propiedades físicas del bizcocho ..................................................................... 13 3.3.1. Pérdida de peso y volumen específico ....................................................... 13 3.3.2. Textura ....................................................................................................... 17 3.3.3. Color de la corteza y miga ......................................................................... 19 3.4. Análisis sensorial .............................................................................................. 21 4. Conclusiones .......................................................................................................... 22 5. Bibliografía .............................................................................................................. 23 6. Anexos .................................................................................................................... 31 Resumen Las pieles de los cítricos son los principales subproductos generados por la industria procesadora de cítricos, que suponen un problema económico y medioambiental. Sin embargo, son fuentes prometedoras de componentes con interesantes propiedades tecnológicas y nutricionales, como es la fibra cítrica (FC). Por ello, en este estudio se utilizó la FC para sustituir 0, 1, 2, 4 y 6 % de la harina de trigo en bizcochos layer y sponge, con el objetivo de evaluar sus efectos sobre las propiedades del batido (densidad, viscosidad y microestructura), las propiedades físicas (pérdida de peso, volumen específico, textura y color) y sensoriales (aspecto visual, olor, textura, sabor y valoración global), así como su potencial para retardar el proceso de envejecimiento. La incorporación de FC en los bizcochos layer aumentó significativamente la densidad y la viscosidad del batido. Además, los porcentajes más altos de FC en layer disminuyeron el volumen específico de los bizcochos, aumentaron la dureza y disminuyeron la elasticidad, cohesividad y resiliencia de la miga. El porcentaje más alto de FC en layer limitó el endurecimiento de la miga durante el almacenamiento. No obstante, en los bizcochos tipo sponge solo se observó una disminución en el volumen específico a partir de FC 4% con respecto FC 1%. Por otro lado, algunos de los bizcochos experimentaron un cambio en el color de la corteza y de la miga. La aceptabilidad sensorial de los bizcochos layer disminuyó al aumentar el nivel de sustitución mientras que la de los bizcochos sponge aumentó. Acorde a estos resultados, los bizcochos tipo sponge aceptan una mayor incorporación de FC que los layer. Palabras clave: Fibra cítrica, bizcocho, batido, viscosidad, capacidad de retención de agua. Abstract Citrus peels are the main by-products generated by the citrus processing industry, which pose an economic and environmental problem. However, they are promising sources of components with interesting technological and nutritional properties, such as citrus fiber (CF). In this study, CF was used to replace 0, 1, 2, 4 and 6 % of wheat flour in layer and sponge cakes, with the aim of evaluating its effects on their batter properties (density, viscosity and microstructure), physical properties (weight loss, specific volume, texture and color), sensory perception (visual aspect, odour, texture, taste and overall acceptability) and their potential to retard staling. The incorporation of CF in layer cakes significantly increased the batter density and viscosity. In addition, higher levels of CF in layer cakes decreased the cake specific volume, increased the crumb hardness and decreased the elasticity, cohesiveness and resilience. The higher level of CF in layer limited the hardening of the crumb during storage. However, in sponge cakes a decrease in specific volume was only observed from FC 4% with respect to FC 1%. On the other hand, some of the cakes experienced a change in the crust and crumb color. The sensory acceptability of the layer cakes decreased with increasing levels of substitution while the acceptability of sponge cakes increased. According to these results, sponge cakes accept a higher percentage of CF than layer cakes. Keywords: Citrus fiber, cakes, batter, viscosity, water binding capacity. 1 1. Introducción A nivel mundial, se estima que alrededor de un tercio de todos los alimentos destinados al consumo humano se pierden o desperdician, lo que equivale a 1.300 millones de toneladas cada año (Gustavsson et al., 2011). Dentro de la industria alimentaria, el sector de frutas y verduras destaca por generar un 50% de subproductos (Gustavsson et al., 2011; Padayachee et al., 2017). Un ejemplo significativo es la industria procesadora de cítricos, la cual produce anualmente más de 15 millones de toneladas de subproductos (Cohn y Cohn, 1997). La eliminación de estos subproductos conlleva un impacto tanto económico como medioambiental (Vilariño et al., 2017; Zema et al., 2018). En esta línea, la Unión Europea enfatiza la urgencia de promover la sostenibilidad de los sistemas alimentarios y la transición hacia una economía circular (Unión Europea, 2008). La mayoría de los subproductos han sido reutilizados como alimento para animales, fuentes de combustible o como fertilizantes orgánicos (Famuyiwa y Ough, 1982; Ben-Othman et al., 2020). No obstante, dada la crisis ambiental actual, las industrias alimentarias están explorando oportunidades más valiosas para reaprovechar estos subproductos y reintroducirlos en la cadena alimentaria, ya que muchos de ellos son fuentes prometedoras de componentes o ingredientes que pueden ser utilizados debido a sus valiosas propiedades tecnológicas y/o nutricionales (Ben-Othman et al., 2020). La fibra cítrica es un compuesto vegetal extraído principalmente de la piel de los cítricos, subproducto originado en la industria de extracción de zumo y pectina (Marín et al., 2007; Liu et al., 2012; Rafiq et al., 2018). Se compone mayoritariamente por hidratos de carbono, que representan aproximadamente el 80% de su composición total (Lundberg et al., 2014) y, por tanto, son grandes responsables de su funcionalidad. Los hidratos de carbono predominantes de las fibras cítricas son la pectina (42,25%) y la celulosa (15,95%) (Lundberg et al., 2014). La pectina es un polisacárido soluble que forma una matriz en la pared celular de los cítricos, intercalándose con celulosa y hemicelulosa (Waldron et al., 2003). El grado de esterificación de las pectinas influye en sus propiedades funcionales, destacando su alta capacidad de retención de agua, viscosidad, gelificación y estabilización de emulsiones (Lundberg, 2005; Willats et al., 2006). Por otro lado, la celulosa es un polisacárido insoluble que presenta una estructura ramificada y amorfa, la cual contribuye al aumento de la viscosidad (Valdés, 2006). Además, la hemicelulosa también contribuye de forma significativa a la fracción soluble de la fibra de los cítricos (10,06%) (Lundberg et al., 2014). Por tanto, las propiedades de la fibra cítrica van a depender, en parte, de la interacción entre la pectina y la red de celulosa/hemicelulosa (Huang et al., 2021). 2 Entre sus propiedades tecnológicas, la fibra cítrica se caracteriza por tener una alta capacidad de retención de agua y aceite, viscosidad aparente (Lundberg, 2005; Zhang et al., 2020; Huang et al., 2021), propiedades por las cuales se puede emplear para estabilizar emulsiones, formar geles y mejorar la vida útil de los alimentos (FernándezLópez et al., 2004; Rafiq et al., 2018; Qi et al., 2021). En comparación con las fibras de otras fuentes, como la procedente de los cereales, la fibra cítrica destaca por tener una proporción de fibra dietética soluble significativamente mayor y, por tanto, por su mayor capacidad de retención de agua (Grigelmo-Miguel y Martín-Belloso, 1999; Gómez et al., 2003; Lundberg, 2005; Marín et al., 2007). Estas propiedades hacen que la fibra cítrica tenga una amplia gama de aplicaciones en productos cárnicos, donde han sido especialmente estudiadas (Fernández-López et al., 2004), lácteos, salsas y productos horneados (Miller, 2011; Mironeasa y Codină, 2013; Spina et al., 2019), permitiendo modificar las propiedades reológicas, físicas y sensoriales de los alimentos (Collar et al., 2009). Además, debido a su neutralidad en color, sabor y olor, la hace apta para aplicaciones en las que otras fibras no podrían ser viables (Grigelmo-Miguel y Martín-Belloso, 1999; Garau et al., 2007). Más allá de sus propiedades tecnológicas, la fibra cítrica ha recibido cada vez más atención de los investigadores y la industria por su valor nutricional, ya que tiene una proporción bien equilibrada de fracción soluble e insoluble (Grigelmo-Miguel y Martín-Belloso, 1999; Gorinstein et al., 2001). Estudios han demostrado que la fibra juega un papel importante en la prevención y reducción de enfermedades crónicas como trastornos gastrointestinales, obesidad, diabetes, enfermedades cardiovasculares, hipercolesterolemia y cáncer (Fernández-López et al., 2004; Figuerola et al., 2005; Nomura et al., 2007). Además, las fibras cítricas tienen una ventaja adicional debido a la presencia de compuestos bioactivos asociados como los flavonoides, polifenoles, vitamina C y otros con propiedades antioxidantes (Schieber et al., 2001). Una estrategia efectiva para impulsar el consumo de estos componentes funcionales y fomentar la economía circular en la industria alimentaria consiste en su incorporación en alimentos altamente apreciados por los consumidores, como es el caso de los bizcochos. Los bizcochos son uno de los productos de panadería más populares, valorados por sus características sensoriales (Jeddou et al., 2017). Existen dos tipos de formulaciones de bizcochos básicos, los basados en aceite, layer, y los basados en una espuma estabilizada por la ovoproteína, sponge (Wilderjans et al., 2013). La principal diferencia es que los primeros son mucho más jugosos mientras que los segundos se suelen usar para rellenar (Gómez et al., 2012). Diversos estudios han explorado los efectos de una amplia variedad de fibras en la calidad de los bizcochos (Jeddou et al., 3 2007; Gómez et al., 2010; Gularte et al., 2012; Aydogdu et al., 2018; Jahanbakhshi y Ansari, 2020). A pesar de ello, la investigación sobre los efectos de la fibra cítrica se ha centrado más en panes (Gómez et al., 2003; Miller, 2011; Mironeasa y Codină, 2013; Chang et al., 2015; Spina et al., 2019; Korus et al., 2020; Bugarín y Gómez, 2023) que en bizcochos (Aydogdu et al., 2018). En lo que respecta a los bizcochos, Aydogdu et al. (2018) encontraron que la fibra de limón limitó la pérdida de humedad en bizcochos tipo layer, lo que sugiere un aumento de su vida útil. No obstante, afectó negativamente a otras propiedades del bizcocho. Al sustituir la harina de trigo un 5 y 10% por fibra de limón resultó en una notable reducción del volumen, un aumento de la firmeza de la miga y diferencias en el color (Aydogdu et al., 2018). Hasta el momento, no se han estudiado los efectos de la fibra cítrica en los batidos y bizcochos tipo sponge ni con menores porcentajes de sustitución en los layer. Además, en la literatura científica no hay ningún estudio que haya explorado los efectos de la fibra cítrica en la vida útil ni se ha realizado una evaluación sensorial con consumidores en ninguno de los dos tipos de bizcochos. En base a lo anterior, el objetivo principal de este estudio es evaluar cómo la fibra cítrica influye en las propiedades del batido y en las propiedades físicas y sensoriales de dos tipos de bizcocho, layer y sponge. Para ello, se sustituyó un 0, 1, 2, 4 y 6% de la harina de trigo por fibra cítrica y se evaluó sus efectos en: 1) la capacidad de absorción de agua de la harina y en su viscosidad en un ciclo de calentamiento y enfriamiento; 2) las propiedades del batido antes del horneado, concretamente en la densidad, viscosidad y microestructura; 3) las propiedades físicas del bizcocho final, concretamente en la pérdida de peso, volumen, textura y color; 4) la vida útil de los bizcochos a los siete días de su elaboración, concretamente en la dureza y el aspecto visual del bizcocho y del alveolado de la miga; 5) la aceptabilidad de los bizcochos con fibra cítrica frente al control. Teniendo en cuenta que la fibra cítrica contiene una fracción elevada de fibra soluble y, por tanto, presenta una alta capacidad de retención de agua, se espera que su incorporación en las formulaciones mejorará la retención de agua en el bizcocho final. Esto aportará jugosidad, disminuirá su dureza y alargará su vida útil, permitiendo así el reaprovechamiento de un subproducto con alto valor añadido dentro de la propia industria alimentaria. 2. Materiales y métodos 2.1. Materiales Para la elaboración de los dos tipos de bizcocho de este estudio se empleó harina de trigo (10,8% humedad, 8,98% proteína) (Harinera Castellana, S.A, Valladolid, 4 España), azúcar blanco (Acor, Valladolid, España), huevo entero líquido pasteurizado Ovopak (Álvarez Camacho, S.L, Sevilla, España), leche líquida entera Únicla (Feiraco Lácteos, S.L, Ames, La Coruña, España), aceite refinado de girasol Langosta (Faiges, S.A., Daimiel, España), impulsor 25 x 1Kg (Puratos, Gerona, España), agua potable (red local), leche desnatada en polvo (Nestlé Sveltesse, Barcelona, España) y emulgente Super Jilk (Puratos, Gerona, España). La fibra cítrica (FC) (Vitacel CF 312) fue proporcionada por la empresa Rettenmaier Ibérica, S.L. (Barcelona, España). 2.2. Métodos 2.2.1. Elaboración de los bizcochos Los bizcochos fueron elaborados siguiendo la formulación de Guerra-Oliveira et al. (2022) descrita en la Tabla 1, en base al peso de la harina. La harina de trigo se sustituyó por FC al 0% (control), 1% (FC 1%), 2% (FC 2%), 4% (FC 4%) y 6% (FC 6%). En total, se obtuvo cinco formulaciones para cada tipo de bizcocho (Tabla 1). Cada formulación se elaboró y midió por duplicado. Tabla 1. Formulación (en g) de los bizcochos layer y sponge control y con los diferentes porcentajes de sustitución de la harina de trigo por fibra cítrica (FC). Ingredientes (g) Layer Sponge Control FC 1% FC 2% FC 4% FC 6% Control FC 1% FC 2% FC 4% FC 6% Harina de trigo 350 346,5 343 336 329 245 242,6 240,1 235,2 230,3 FC - 3,5 7 14 21 - 2,5 4,9 9,8 14,7 Azúcar blanco 315 315 315 315 315 240,5 240,5 240,5 240,5 240,5 Huevo líquido 175 175 175 175 175 344 344 344 344 344 Agua - - - - - 55 55 55 55 55 Leche en polvo - - - - - 25 25 25 25 25 Emulgente - - - - - 14 14 14 14 14 Leche líquida 210 210 210 210 210 - - - - - Aceite de girasol 105 105 105 105 105 - - - - - Impulsor 10,5 10,5 10,5 10,5 10,5 - - - - - En el caso de los bizcochos layer, se mezclaron todos los ingredientes en una batidora KitchenAid Professional (Kitchen Aid, St. Joseph, MI, USA) a velocidad 4 (135 rpm) durante 1 min y, posteriormente, a velocidad 6 (180 rpm) durante 9 min parando cada minuto para raspar el batido de las paredes. El batido se repartió en 5 moldes de aluminio (109 x 159 x 38 mm) (185 g de batido en cada molde), previamente engrasados con aceite refinado de girasol. En el caso de los bizcochos sponge, se utilizó un procedimiento de cremadomezclado. Primero se mezcló el azúcar, huevo, agua y emulgente a velocidad 6 (180 5 rpm) durante 2 min. Posteriormente, se añadió al batido la harina de trigo, la FC y la leche en polvo y se mezclaron todos los ingredientes a velocidad 8 (225 ppm) durante 3 min. El batido se repartió en 7 moldes de aluminio (109 x 159 x 38 mm) (100 g de batido en cada molde), previamente engrasados con aceite refinado de girasol. Ambos tipos de bizcochos, layer y sponge, fueron horneados a 190ºC (±2°C) durante 25 min en un horno eléctrico previamente calentado (Salva, Lezo, España). Tras el horneado, los bizcochos se dejaron enfriar a temperatura ambiente durante 60 min. Finalmente, los bizcochos se desmoldaron, se pesaron y se guardaron en bolsas codificadas de polietileno con cierre hermético en una cámara a 24 ºC (±0,5°C) durante 24 h y 7 días para la medición de sus propiedades físicas. 2.2.2. Propiedades de la harina y de la mezcla harina-FC Las propiedades de hidratación de la harina y de la mezcla de harina-FC se evaluaron mediante el método de Water Binding Capacity (WBC). WBC es la cantidad de agua retenida por la muestra al someterla a una centrifugación a baja velocidad. Para ello, se aplicó el método AACC 56-30.01 (AACC, 2012a) con pequeñas modificaciones ya que las muestras con FC absorbieron toda el agua después de la centrifugación. Se prepararon muestras de 1,5 g en tubos Falcon de 50 mL en los que se mezcló la harina de trigo con los diferentes porcentajes de sustitución de FC (0, 1, 2, 4 y 6 %) agregando 25 mL de agua destilada. Una vez preparadas, las muestras se pesaron, se homogeneizaron con el vórtex (MS2 Minishaker, IKA, Staufen, Alemania) y se centrifugaron a 4000 x g durante 15 min. Luego, el sobrenadante se desechó y se volvieron a pesar los tubos. La WBC fue calculada como la cantidad de agua retenida por gramo de materia seca de la muestra. Este análisis fue realizado por duplicado. Por otro lado, el perfil de viscosidad de las muestras se analizó utilizando un Rapid Visco Analyzer (RVA-4) (modelo RVA-4C, Newport Scientific Pty. Ltd., Warriedwood, Australia). Se prepararon muestras de 3,5 g en los canister de aluminio de RVA, mezclando la harina de trigo con los diferentes porcentajes de sustitución de FC (0, 1, 2, 4 y 6 %) con 25 mL de agua destilada. Las muestras se sometieron a ciclos de calentamiento, mantenimiento de la temperatura y enfriamiento según el método estándar AACC 76-21.02 (AACC, 2012b). Este análisis fue realizado por duplicado. 2.2.3. Propiedades del batido La densidad del batido se midió por duplicado en cada elaboración mediante un picnómetro Elcometer 1800 (Elcometer, Manchester, Reino Unido). El valor de la densidad se calculó como la relación entre el peso del batido (en g) dentro del picnómetro y la capacidad volumétrica del picnómetro (100 cm3). 12 efectos significativos en las propiedades del batido de los sponge. En ambos bizcochos, las diferencias en la cantidad de aire incorporado en los bizcochos tampoco fueron claramente discernibles a simple vista. No obstante, al igual que en otros estudios, como p.ej., en el de Gómez et al. (2011, 2012), se observó que la microestructura de los bizcochos sponge está conformada por una gran cantidad de burbujas de aire de pequeño tamaño y con una distribución más uniforme en comparación con los layer (Figura 2). Figura 2. Microestructura (x20 aumentos de magnificación) del batido de bizcochos layer (a) y sponge (b) control y con los diferentes porcentajes de sustitución de harina de trigo por fibra cítrica (FC) (FC 1%, FC 2%, FC 4% y FC 6%) a 30ºC. La barra de escala de color rojo en cada imagen indica un tamaño de 200 µm. 13 Las partículas de harina, especialmente el almidón, pueden ayudar a estabilizar las burbujas de aire en el batido a través del mecanismo conocido como emulsión Pickering (Pickering, 1907). En los bizcochos layer, la función de la harina es diferente a la de los bizcochos sponge. Las harinas ayudan a estabilizar la emulsión al aumentar la viscosidad del medio que rodea a las partículas dispersas (Wilderjans et al., 2008). Es posible que la FC, al aumentar la viscosidad del medio, desempeñe una función similar en los bizcochos tipo layer. En el resto de las fotografías del batido obtenidas durante la simulación del horneado, en ambos bizcochos se observó la expansión de las burbujas de aire atrapadas en el batido debido al aumento de la temperatura y, en el caso del bizcocho layer, al impulsor (Anexo 1 y 2). Además, se observó la coalescencia de las burbujas de aire, aunque no se distinguen diferencias entre los diferentes batidos. A pesar de las propiedades emulsionantes de la FC en mezclas de aceite y agua (Qi et al., 2021), en panes sin gluten, donde las burbujas de aire también están rodeadas por la masa batida, se ha reportado que la FC rompe la estructura alveolar, favoreciendo la coalescencia de las burbujas y la pérdida de gas (Korus et al., 2020; Bugarín y Gómez, 2023). 3.3. Propiedades físicas del bizcocho 3.3.1. Pérdida de peso y volumen específico La pérdida de peso está directamente relacionada con la pérdida de agua durante el horneado y el almacenamiento (Aydogdu et al., 2018). Por ello, cabría esperar que los bizcochos con FC perdieran menos peso dada la alta capacidad de retención de agua de la FC. No obstante, aunque los resultados revelaron diferencias significativas en la WBC de FC 4% y FC 6% con respecto al control, no se observó diferencias significativas en la pérdida de peso en ninguno de los dos tipos de bizcocho (Tabla 4). Aydogdu et al. (2018) informaron que los bizcochos en los que se sustituyó un 10% de la harina de trigo por fibra de limón perdió significativamente menos peso que el control debido a la alta capacidad de retención de agua de la fibra de limón. En este mismo estudio, también probaron a sustituir un porcentaje menor, un 5%, pero la disminución en la pérdida de peso no fue significativa. Por tanto, en nuestro estudio, podría deberse a que la cantidad de FC empleada en los bizcochos fue insuficiente como para generar un efecto notable en la pérdida de peso. Por otro lado, se ha observado una disminución significativa en el volumen específico del bizcocho tipo layer FC 6% en comparación con el control (Tabla 4). Estos resultados concuerdan con los encontrados por numerosos autores que han informado una reducción del volumen específico al agregar diversas fibras (Gómez et al., 2003; Sudha 14 et al., 2007; Aydogdu et al., 2018) y, más concretamente, fibras cítricas (Gómez et al., 2003; Miller, 2011; Chang et al., 2015; Fu et al., 2015; Aydogdu et al., 2018; Korus et al., 2020; Bugarín y Gómez, 2023) en productos horneados. En el caso de los bizcochos sponge no se ve una tendencia clara ya que FC 4% y FC 6% tienen un menor volumen específico en comparación con el FC 1%, pero no respecto al control. Poonnakasem et al. (2015) encontraron una clara disminución del volumen específico de bizcochos sponge al sustituir un 0,5% de la harina de trigo por goma xantana (un hidrocoloide con alta capacidad de absorción de agua). Esto puede ser debido a que en su estudio encontraron un aumento significativo en la densidad y viscosidad del batido. Tabla 4. Pérdida de peso 1 h después del horneado y volumen específico de los bizcochos layer y sponge elaborados con diferentes porcentajes de fibra cítrica (FC). Muestra Pérdida de peso (%) Volumen específico (mL/g) Layer Control 9,04 ± 0,21 a 2,69 ± 0,03 b FC 1% 7,81 ± 0,35 a 2,48 ± 0,15 ab FC 2% 9,05 ± 0,57 a 2,60 ± 0,11 ab FC 4% 8,65 ± 1,11 a 2,51 ± 0,19 ab FC 6% 8,02 ± 0,21 a 2,35 ± 0,01 a Sponge Control 18,36 ± 0,72 a 4,14 ± 0,01 ab FC 1% 17,38 ± 1,45 a 4,35 ± 0,13 b FC 2% 17,16 ± 0,53 a 4,24 ± 0,18 ab FC 4% 16,63 ± 0,40 a 4,07 ± 0,04 a FC 6% 17,13 ± 0,47 a 4,01 ± 0,06 a Los resultados están presentados como las medias ± desviación estándar de 2 repeticiones. Los valores con distinta letra en el mismo parámetro y en el mismo tipo de bizcocho presentan diferencias significativas (p < 0,05). El bajo volumen específico de los bizcochos con FC podría atribuirse al volumen de aire incorporado en el batido durante el mezclado y al volumen de aire retenido y expandido durante el horneado (Stauffer, 1990; Lebesi y Tzia, 2011; Aydogdu et al., 2018). Como ya se ha mencionado, el volumen de aire incorporado está influenciado por la densidad del batido mientras que el volumen de aire retenido por la viscosidad y microestructura del batido (Gómez et al., 2012; Gularte et al., 2012). Se ha demostrado que existe un grado óptimo de consistencia del batido para que los bizcochos puedan adquirir grandes volúmenes. Los batidos con una consistencia demasiado baja o alta tienden a generar volúmenes específicos bajos. Cuando la consistencia es demasiado baja, aumenta la coalescencia y la movilidad de las burbujas, lo que hace que escapen del batido mientras que cuando es demasiado alta se produce una lenta expansión del batido durante el horneado (Lee et al., 2005; Lakshminarayan et al., 2006; Gularte et al., 2012). De hecho, el batido del bizcocho que presentó el volumen específico más bajo, layer FC 6%, mostró una consistencia tan excesiva que dificultaba su reparto en los 15 moldes. Por tanto, es posible que la disminución del volumen específico sea causada por una densidad y viscosidad del batido excesiva. En cuanto a la microestructura del batido, se sabe que las burbujas de gran tamaño y con distribución irregular están relacionadas con una menor estabilidad, especialmente durante las primeras etapas del horneado cuando la viscosidad del batido disminuye (Stauffer, 1990), lo que facilita los fenómenos de coalescencia y la pérdida de aire por el movimiento de las burbujas hacia la superficie del bizcocho, lo que resulta en un volumen específico bajo (Gómez et al., 2011). No obstante, como ya se mencionó, en las fotografías tomadas de la microestructura del batido no se encontró una tendencia clara con la incorporación de FC en ninguno de los dos tipos de bizcochos (Figura 2, Anexo 1 y 2). También, el volumen específico depende de la naturaleza y de la cantidad de fibra añadida (Aydogdu et al., 2018). Las fibras pueden interferir en la formación de la red de gluten y diluir las proteínas funcionales del gluten, desorganizando la matriz almidóngluten (Aydogdu et al., 2018) y provocando una disminución de la capacidad de retención de gases (de la Hera et al., 2012). Aunque en los bizcochos la formación de gluten es mínima, también puede influir en la estructura final al evitar el colapso después del horneado (Wilderjans et al., 2008; Ronda et al., 2009; Oliete et al., 2010). Por otro lado, Korus et al. (2020) encontraron que el volumen del pan sin gluten, al que incorporaron FC, se correlacionaba fuerte y negativamente con la porosidad y el tamaño medio del poro. En el presente estudio, el grupo control de ambos bizcochos presentó una porosidad cerrada y regular en comparación con los bizcochos con FC (Figura 3). Conforme aumentaba el porcentaje de sustitución de FC, la porosidad era cada vez más abierta e irregular, efecto que también está relacionado con la retención del aire durante el horneado. Este efecto se puede observar claramente en el FC 4% y FC 6% del layer, en los que se observó poros alargados horizontal y verticalmente, posiblemente indicando fenómenos de coalescencia. Bugarín y Gómez (2023) también observaron este efecto al incorporar un 6% de FC en dos formulaciones de pan sin gluten. En el estudio de Jahanbakhshi y Ansari (2020), realizado con bizcochos tipo sponge, reportaron que a partir de un 15% de sustitución de la harina de trigo por polvo de hueso de aceituna rico en fibra ya se observó un notable aumento en el tamaño de los poros. 16 Figura 3. Rebanadas centrales de los bizcochos layer (a) y sponge (b) control y con los diferentes porcentajes de sustitución de fibra cítrica (FC) (FC 1%, FC 2%, FC 4% y FC 6%). Estudios anteriores, como el realizado por Korus et al. (2020), sugirieron añadir más agua a la formulación, debido a la alta capacidad de retención de agua de la FC, y así corregir sus efectos negativos sobre el volumen específico. No obstante, la viscosidad del batido que rodea las burbujas podría disminuir, dejando de soportar el peso de la estructura y, con ello, produciéndose una caída del volumen específico (Bugarín y Gómez, 2023). En este estudio se probó a añadir dos cantidades de agua a la formulación layer FC 6%, pero empeoró notablemente su calidad ya que se produjo una 17 mayor caída del volumen específico con respecto al del layer FC 6% (resultados en Anexo 3 y 4). Por ello, los bizcochos obtenidos en esta prueba fueron descartados. Este efecto también fue reportado por Korus et al. (2020) y Bugarín y Gómez (2023), quienes, a pesar de añadir más agua a la formulación, obtuvieron un menor volumen específico en panes sin gluten con un 10% de sustitución de almidón (de maíz y patata) por FC y con una adición de 6% de FC, respectivamente, en comparación con el control. 3.3.2. Textura La FC aumentó significativamente la dureza de la miga de los bizcochos tipo layer tras 24h de almacenamiento, aunque solo con el FC 4% y FC 6% (Tabla 5). Estos resultados concuerdan con lo esperado ya que, la dureza de la miga incrementa cuando el volumen específico del bizcocho se reduce (Gómez et al., 2010; Sabanis et al., 2009; Gómez et al., 2010; Lebesi y Tzia, 2011; Segundo et al., 2017; Aydogdu et al., 2018), como es en el caso de los bizcochos layer FC 6%. Por ejemplo, Aydogdu et al. (2018) encontraron que al sustituir un 5% de la harina de trigo por fibra de limón, los bizcochos presentaron un menor volumen específico y una mayor dureza. Una posible explicación podría estar relacionada con el volumen y distribución del aire retenido por el batido. Cuando el volumen de aire retenido es bajo y la distribución de las burbujas es irregular, los bizcochos adquieren una textura de miga más compacta y da lugar a bizcochos más densos, duros y con menor volumen específico (Gómez et al., 2010). Es importante tener en cuenta que cuando la fibra que se añade tiene una alta capacidad de retención de agua y efecto espesante (alta viscosidad del batido), como es el caso de la FC, compite con el almidón de la harina de trigo por el agua (Alba et al., 2020). Esto puede dificultar la absorción de agua durante el calentamiento y la correcta expansión del batido en el horneado, dando lugar a un hinchamiento o gelatinización del almidón incompleto o más tardío (menor expansión), tal como vemos en el ensayo RVA de las mezclas. Esta competencia por el agua puede debilitar el desarrollo de la estructura del bizcocho antes de su solidificación en el horno, causando así una estructura más rígida (Chang et al., 2015). Además, se produjo una disminución significativa en la elasticidad del layer FC 6% en comparación con el control y en la cohesividad y resiliencia del layer a partir del FC 4% (Tabla 5), lo que sugiere una alteración de la estructura interna del bizcocho. Se obtuvo un resultado similar en otro estudio realizado con hidrocoloides en bizcochos tipo layer (Gómez et al., 2007) en el que incorporaron un 1% de alginato, carragenano, guar, HPMC (hidroxipropilmetilcelulosa) y xantana. Esto puede indicar que la FC dificulta la interacción intermolecular entre los ingredientes, lo que podría explicar por qué los 18 bizcochos con FC tendían a desmenuzarse con mayor facilidad que los bizcochos control. Sin embargo, esta tendencia no fue significativa en los bizcochos tipo sponge. Por otro lado, en el caso de los bizcochos tipo sponge, a pesar del menor volumen específico de los bizcochos con mayores porcentajes de sustitución (FC 4% y FC 6%) con respecto al FC 1%, no se observaron diferencias significativas en los parámetros texturales (Tabla 5). Esto puede deberse a que la presencia de emulgente en estas formulaciones ayuda a estabilizar los batidos, disminuyendo el efecto negativo de la incorporación de FC. De hecho, en las propiedades del batido no se observaron diferencias significativas, lo que explica que no se encontraran diferencias en la textura de los bizcochos. Por tanto, en los bizcochos tipo sponge, se podría incorporar mayores porcentajes de FC para un mayor contenido en fibra y aprovechamiento de este subproducto. Tabla 5. Propiedades texturales a las 24 horas de almacenamiento de los bizcochos layer y sponge elaborados con diferentes porcentajes de fibra cítrica (FC). Los valores recogidos de dureza son a las 24 h, a los 7 días de almacenamiento y el incremento de esta. Muestra Dureza 24h (N) Dureza día 7 (N) Incremento dureza (%) Elasticidad Cohesividad Resiliencia Layer Control 1,38 ± 0,04 a 3,16 ± 0,36 a 128,16 ± 19,69 b 0,97 ± 0,01 b 0,70 ± 0,01 c 0,31 ± 0,01 b FC 1% 1,93 ± 0,15 a 3,78 ± 0,10 a 96,03 ± 9,96 ab 0,95 ± 0,03 ab 0,69 ± 0,01 bc 0,30 ± 0,01 ab FC 2% 2,03 ± 0,02 a 4,56 ± 0,27 b 124,90 ± 11,39 b 0,96 ± 0,02 ab 0,67 ± 0,01 ab 0,29 ± 0,004 ab FC 4% 2,87 ± 0,43 b 5,79 ± 0,21 c 103,75 ± 23,17 ab 0,93 ± 0,01 ab 0,65 ± 0,01 a 0,28 ± 0,01 a FC 6% 3,88 ± 0,40 c 6,63 ± 0,38 d 71,29 ± 7,69 a 0,92 ± 0,01 a 0,66 ± 0,01 a 0,29 ± 0,01 a Sponge Control 1,41 ± 0,08 a 3,27 ± 0,30 ab 131,54 ± 8,79 a 0,97 ± 0,00 a 0,72 ± 0,01 a 0,29 ± 0,01 a FC 1% 1,06 ± 0,22 a 2,66 ± 0,41 a 151,13 ± 13,62 a 1,16 ± 0,24 a 0,74 ± 0,02 a 0,30 ± 0,01 a FC 2% 1,02 ± 0,07 a 2,66 ± 0,18 a 160,64 ± 1,56 a 0,99 ± 0,01 a 0,74 ± 0,01 a 0,30 ± 0,01 a FC 4% 1,20 ± 0,21 a 2,99 ± 0,23 ab 151,90 ± 24,83 a 1,00 ± 0,02 a 0,74 ± 0,01 a 0,30 ± 0,01 a FC 6% 1,42 ± 0,20 a 3,458 ± 0,29 b 145,20 ± 13,40 a 0,96 ± 0,02 a 0,73 ± 0,01 a 0,29 ± 0,01 a Los resultados están presentados como las medias ± desviación estándar de 2 repeticiones. Los valores con distinta letra en el mismo parámetro y en el mismo tipo de bizcocho presentan diferencias significativas (p < 0,05). A los siete días de almacenamiento, los bizcochos con mayores porcentajes de sustitución de FC presentaron los valores más altos de dureza (Tabla 5). No obstante, el incremento de la dureza observado durante su almacenamiento fue menor en los bizcochos layer FC 6% que en los bizcochos control y FC 2% (Tabla 5). La razón de esta reducción de la dureza está relacionada con la alta capacidad de retención de agua de la FC y con la posible interacción entre la fibra y el almidón, lo que evitaría la pérdida de agua durante el almacenamiento y retrasaría la retrogradación del almidón, respectivamente (Gómez et al., 2003; Tsatsaragkou et al., 2016). Por lo tanto, la incorporación de FC mantendría una textura más jugosa y menos dura a lo largo del tiempo. Este efecto coincide con lo observado en otros estudios que incorporaron FC 19 (Korus et al., 2020; Bugarín y Gómez, 2023) y otras fibras e hidrocoloides con una alta capacidad de retención de agua (Gómez et al., 2003; Fratelli et al., 2021; Franco y Gómez, 2022) en productos horneados. Es importante tener en cuenta que el mayor contenido de agua de los bizcochos con FC podría facilitar el desarrollo de moho, pero este no fue el caso (Anexo 5, 6 y 7). No obstante, tras los 7 días de almacenamiento aumentó la pegajosidad de la superficie de los bizcochos tipo layer, en especial en el control (es decir, más aceitoso) (Anexo 5). Esto se debe a que la FC puede estabilizar las emulsiones de aceite en agua por la combinación del efecto Pickering y la formación de una red tridimensional que evita que las gotas de aceite floculen y se unan debido a la alta retención de agua y capacidad de hinchamiento de la FC (Qi et al., 2021). En cambio, en los bizcochos tipo sponge con FC la superficie se conservó más húmeda (Anexo 6), lo cual puede deberse a la migración o difusión de agua desde la miga (más húmeda) hacia la superficie de la corteza (más seca). 3.3.3. Color de la corteza y miga El color de la corteza del control de los bizcochos layer mostró un valor de L* significativamente menor que FC 6% y un valor de b* mayor que FC 4% y FC 6% (Tabla 6). Esto indica que, los bizcochos layer FC 6% tenían una corteza más clara y menos amarilla (Anexo 5). En el caso de los bizcochos sponge, el valor de b* de FC 6% fue significativamente mayor que el de FC 1% y FC 2% (Tabla 6). Esto indica que, los bizcochos sponge FC 6% tenían una corteza más amarilla. Cabe señalar que, la FC proporcionada por la empresa Rettenmaier tenía un color blanco-amarillento, lo que podría haber contribuido al color más amarillo de la corteza. No obstante, el color original de los ingredientes no suele tener una gran influencia sobre el color de la corteza, si no que depende de las reacciones de Maillard y de la caramelización de los azúcares debido a las altas temperatura que alcanza la corteza (Gómez et al., 2003). 20 Tabla 6. Parámetros de color de la corteza de los bizcochos layer y sponge elaborados con diferentes porcentajes de fibra cítrica (FC). Muestra L* a* b* E Layer Control 57,21 ± 5,82 a 17,20 ± 1,32 a 35,19 ± 0,84 c - FC 1% 62,18 ± 1,98 ab 13,77 ± 0,90 a 34,48 ± 0,22 bc 6,13 ± 1,66 a FC 2% 59,31 ± 5,19 ab 16,29 ± 3,56 a 34,80 ± 0,08 bc 2,69 ± 1,94 a FC 4% 61,81 ± 5,49 ab 15,15 ± 3,60 a 33,73 ± 0,57 b 7,74 ± 6,80 a FC 6% 68,27 ± 0,82 b 11,41 ± 0,74 a 31,95 ± 0,50 a 13,00 ± 2,48 a Sponge Control 49,82 ± 7,81 a 16,28 ± 2,56 a 30,50 ± 1,26 ab - FC 1% 54,31 ± 7,33 a 14,37 ± 2,87 a 29,48 ± 1,71 a 5,42 ± 0,27 a FC 2% 54,34 ± 11,40 a 13,64 ± 4,96 a 29,37 ± 0,67 a 5,37 ± 4,33 a FC 4% 51,42 ± 3,35 a 15,61 ± 1,46 a 31,80 ± 0,62 ab 8,56 ± 2,69 a FC 6% 59,37 ± 0,17 a 13,47 ± 0,11 a 32,54 ± 0,14 b 10,17 ± 8,14 a L*: luminosidad; a*: croma del espectro verde-rojo; b*: croma del espectro azul-amarillo; E: diferencia de color entre el control y las muestras con FC. Los resultados están presentados como las medias ± desviación estándar de 2 repeticiones. Los valores con distinta letra en el mismo parámetro y en el mismo tipo de bizcocho presentan diferencias significativas (p < 0,05). La FC en los bizcochos layer produjo una miga de color más amarillenta en comparación con el control (Tabla 7). Durante el horneado, la miga no alcanza temperaturas tan altas como la corteza, por lo que podría no haber sido suficiente para la reacción de Maillard y para la caramelización de los azúcares (Gómez et al., 2010). El color de la miga está más influenciado por el color de los ingredientes (Gómez et al., 2010; Jahanbakhshi y Ansar, 2020). Por ello, el color más amarillento de la miga se debe a que la FC es menos blanquecina que la harina de trigo. Tabla 7. Parámetros de color de la miga de los bizcochos layer y sponge elaborados con diferentes porcentajes de fibra cítrica (FC). Muestra L* a* b* E Layer Control 73,84 ± 1,55 a 1,36 ± 0,09 a 15,52 ± 0,13 a - FC 1% 73,65 ± 1,12 a 1,80 ± 0,06 b 16,94 ± 0,24 b 1,53 ± 0,40 a FC 2% 71,77 ± 1,59 a 2,09 ± 0,23 bc 16,80 ± 0,20 b 2,54 ± 0,10 a FC 4% 73,33 ± 0,28 a 2,29 ± 0,04 cd 17,34 ± 0,48 b 2,43 ± 0,89 a FC 6% 74,56 ± 0,32 a 2,41 ± 0,04 d 17,41 ± 0,18 b 2,45 ± 0,07 a Sponge Control 78,30 ± 1,56 a 2,15 ± 0,48 b 17,23 ± 0,29 a - FC 1% 77,24 ± 2,68 a 1,54 ± 0,16 a 16,92 ± 0,75 a 1,27 ± 1,35 a FC 2% 77,59 ± 2,48 a 1,44 ± 0,03 a 16,68 ± 0,04 a 1,29 ± 0,67 a FC 4% 76,51 ± 0,43 a 1,73 ± 0,02 ab 16,88 ± 0,21 a 1,95 ± 0,96 a FC 6% 77,13 ± 0,98 a 1,85 ± 0,05 ab 17,06 ± 0,03 a 1,30 ± 0,47 a L*: luminosidad; a*: croma del espectro verde-rojo; b*: croma del espectro azul-amarillo; E: diferencia de color entre el control y las muestras con FC. Los resultados están presentados como las medias ± desviación estándar de 2 repeticiones. Los valores con distinta letra en el mismo parámetro y en el mismo tipo de bizcocho presentan diferencias significativas (p < 0,05). 21 3.4. Análisis sensorial La Tabla 8 muestra que la incorporación de FC no tuvo un impacto significativo en la aceptabilidad del olor, la textura (excepto en los bizcochos layer) o el sabor de los bizcochos. Sin embargo, los bizcochos layer con FC obtuvieron una peor puntuación en su aspecto visual y en la valoración global. Esta menor puntuación en los bizcochos layer con FC, de acuerdo a los resultados obtenidos en la evaluación física de los mismos, puede deberse a que: 1) tenían un menor volumen específico; 2) tenían poros de gran tamaño y con una forma irregular (Figura 3); 3) una textura de la miga más compacta, lo que hacía que los bizcochos fueran más densos y duros; 4) la corteza presentaba un color más claro que el control (Anexo 5), lo que daba impresión de que al bizcocho le faltaba tiempo de horneado; y 5) presentaban una corteza menos aceitosa, lo que les daba un aspecto menos jugoso. A pesar de las puntuaciones más bajas obtenidas en los bizcochos con FC, los valores fueron superiores a 6 (me gusta ligeramente) en la escala hedónica, lo que indica un resultado positivo. De hecho, se obtuvo una puntuación mayor en la valoración global que la obtenida por Gómez et al. (2003) en panes en los que sustituyeron un 2 y un 5% de la harina de trigo por fibra de naranja (puntuación de 6 y 4, respectivamente). Los bizcochos tipo layer FC 6% no se evaluaron ya que presentaron una clara pérdida de la calidad debido a su volumen notablemente menor y compacto, una textura de miga más dura y poros de gran tamaño (Figura 3). Por lo que es probable que estos bizcochos hubieran obtenido una puntuación considerablemente inferior a los evaluados. Tabla 8. Aceptabilidad sensorial de los bizcochos control y con los diferentes porcentajes de sustitución de fibra cítrica (FC). El número de consumidores para el bizcocho tipo layer fue de 84 mientras que para el bizcocho sponge fue de 85. Muestra Aspecto visual Olor Textura Sabor Valoración global Layer Control 7,86 ± 1,40 b 6,88 ± 1,46 a 7,10 ± 1,26 a 7,25 ± 1,32 a 7,43 ± 1,00 b FC 2% 7,46 ± 1,44 ab 6,81 ± 1,54 a 6,94 ± 1,50 a 6,89 ± 1,58 a 7,05 ± 1,40 a FC 4% 7,14 ± 1,41 a 6,50 ± 1,51 a 6,70 ± 1,49 a 6,85 ± 1,53 a 6,90 ± 1,28 a Sponge Control 5,88 ± 1,72 a 6,38 ± 1,54 a 5,67 ± 1,97 a 6,16 ± 1,83 a 6,16 ± 1,53 a FC 4% 6,16 ± 1,57 ab 6,21 ± 1,44 a 5,83 ± 1,72 ab 5,82 ± 1,61 a 5,95 ± 1,60 a FC 6% 6,40 ± 1,57 b 6,25 ± 1,68 a 6,27 ± 1,75 b 6,15 ± 1,87 a 6,26 ± 1,51 a Los resultados están presentados como las medias ± desviación estándar de 2 repeticiones. Los valores con distinta letra en el mismo parámetro y en el mismo tipo de bizcocho presentan diferencias significativas (p < 0,05). En lo que respecta a los bizcochos sponge, las muestras con FC 6% obtuvieron una puntuación significativamente mayor que el control en cuanto a su aspecto visual y 28 Padayachee, A., Day, L., Howella, K. & Gidley M. J. (2017). 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Propiedades del batido y del bizcocho final obtenido de la prueba de hidratación de la formulación layer FC 6%. Muestra Viscosidad 30ºC (cP) Pérdida de peso (%) Volumen específico (mL/g) Layer Control 3738 ± 398 a 9,04 ± 0,21 ab 2,69 ± 0,03 d FC 6% 15011 ± 1176 c 8,02 ± 0,21 a 2,35 ± 0,00 c PH1 3887 ± 1033 a 10,37 ± 0,69 c 1,90 ± 0,04 b PH2 9299 ± 157 b 9,19 ± 0,18 b 2,22 ± 0,04 a PH1: prueba hidratación 1 en la que se añadió 100 g de agua a mayores; PH2: prueba hidratación 2 en la que se añadió 35 g de agua a mayores; FC: fibra cítrica. Los resultados están presentados como las medias ± desviación estándar de 2 repeticiones. Los valores con distinta letra en el mismo parámetro y en el mismo tipo de bizcocho presentan diferencias significativas (p < 0,05). Anexo 4. Aspecto visual y rebanada central de los bizcochos tipo layer FC 6% obtenido de la prueba de hidratación 1 (PH1: 100 g de agua a mayores) y 2 (PH2: 35 g de agua a mayores) 24 h después del horneado. 34 Anexo 5. Aspecto visual de los bizcochos tipo layer control y con los diferentes porcentajes de fibra cítrica (FC) (FC 1%, FC 2%, FC 4% y FC 6%) 24 h (a) y 7 días (b) después de su horneado. 35 Anexo 6. Aspecto visual de los bizcochos tipo sponge control y con los diferentes porcentajes de fibra cítrica (FC) (FC 1%, FC 2%, FC 4% y FC 6%) 24 h (a) y 7 días (b) después del horneado. 36 Anexo 7. Rebanadas centrales de los bizcochos tipo layer (a) y sponge (b) control y con los diferentes porcentajes de fibra cítrica (FC) (FC 1%, FC 2%, FC 4% y FC 6%) 7 días después de su horneado.