Φυσικοχημικές ιδιότητες διαφόρων αλεύρων - κατανομή του νερού σε μίγματα αλεύρων από χαρούπι, σιτάρι και ρύζι: θερμική προσέγγιση

Abstract

Σκοπός της μελέτης είναι η διερεύνηση της συμπεριφοράς των κύριων συστατικών του χαρουπάλευρου (Κόμμι χαρουπιού και Πρωτεΐνη χαρουπιού) χωριστά και σε μίγματα με σιτάλευρο και ρυζάλευρο χρησιμοποιώντας θερμική ανάλυση, προκειμένου να διερευνηθεί ο ρόλος της πρωτεΐνης χαρουπιού ως ενισχυτικό της δομής μιας ζύμης. Ψωμιά από μικτά συστήματα αλεύρων παρήχθησαν επίσης για την επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων. Η υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη (≥ 50%)του σπέρματος του χαρουπιού, που περιέχει μεγάλη ποσότητα γλουταμινικού οξέος και αργινίνης και η απουσία προλαμίνης, το καθιστά κατάλληλο για τη διατροφή των αθλητών με σκοπό την αύξηση της επίδοσής τους και για τους πάσχοντες από κοιλιοκάκη. Η θερμική ανάλυση βρίσκει εφαρμογή στον τομέα της επιστήμης και της τεχνολογίας τροφίμων, όπου οι θερμικές επεξεργασίες είναι συχνές. Η Διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC) είναι ένα χρήσιμο διαγνωστικό εργαλείο για την ένδειξη της σταθερότητας κάθε φάσης που σχηματίζεται σε ένα σύστημα, όπως μια ζύμη. Η Θερμοσταθμική Ανάλυση (TGA) παρέχει πληροφορίες σχετικά με την κατανομή του νερού, που παγιδεύεται μέσα στις διάφορες φάσεις που δημιουργούνται στη ζύμη (π.χ. πλέγμα αμύλου, γλουτένης, άλλων πρωτεϊνών, κ.α.), λόγω του διαχωρισμού φάσεων που προκαλείται από τη θερμοδυναμική ασυμβατότητα. Δεδομένα από τις 2 αυτές θερμικές μεθόδους (DSC και TGΑ) έδειξαν ότι η πρωτεΐνη χαρουπιού δε συμβάλλει στην ενίσχυση της δομής της ζύμης, αλλά ταυτόχρονα δεν οδηγεί στην καταστροφή της δομής. Επιπλέον, λόγω της θερμοδυναμικής της ασυμβατότητας με το άμυλο δεν επηρεάζει τη ζελατινοποίηση του αμύλου. Αντιθέτως, το κόμμι του χαρουπιού, λόγω της ικανότητάς του να δεσμεύει μεγάλη ποσότητα νερού, περιορίζει τη ζελατινοποίηση, ανεξάρτητα από τη φύση του αμύλου. Ως εκ τούτου, μια ζύμη που περιέχει κόμμι χαρουπιού θα πρέπει να είναι υπερενυδατωμένη, για να αναπτυχθεί σε ψωμί. Η επίδραση του κόμμεος στη γλουτένη είναι επίσης εμφανής, δεδομένου ότι, υπό την παρουσία του σχηματίζεται έναν ασθενέστερο δίκτυο γλουτένης. Σε μίγματα κόμμεος και πρωτεΐνης χαρουπιού, λόγω του διαχωρισμού των φάσεών τους, η πρωτεΐνη χαρουπιού ανταγωνίζεται το κόμμι παγιδεύοντας το νερό, σε όλες τις αναλογίες μιγμάτων που μελετήθηκαν. Το κόμμι οδηγεί σε συσσωμάτωση της πρωτεΐνης χαρουπιού σε συστήματα με χαμηλή περιεκτικότητα υγρασίας. Η συνολική υγρασία των μιγμάτων τροποποιεί τόσο το διαχωρισμό φάσεων όσο και τον τρόπο με τον οποίο απελευθερώνεται το νερό. Τα αποτελέσματα από την παρασκευή ψωμιού, δείχνουν ότι τα ψωμιά από σιτάλευρο και 2% κόμμι παρουσιάζουν καλύτερη υφή και πορώδες, από εκείνα με προσθήκη 4% κόμμεος. Η προσθήκη 2% κόμμεος οδηγεί στη βελτίωση της εμφάνισης του ψωμιού σίτου. Σε συγκέντρωση πάνω από 4%, το κόμμι αρχίζει να έχει επίπτωση στη ζελατινοποίηση του αμύλου, επιβεβαιώνοντας τα αποτελέσματα της θερμικής ανάλυσης. Στα ψωμιά από ρυζάλευρο, η προσθήκη του κόμμεος οδηγεί σε ψωμιά με διαφορετικά χαρακτηριστικά. Τα ψωμιά από σιτάλευρο ή ρυζάλευρο με προσθήκη 5% πρωτεΐνης χαρουπιού παρουσιάζουν έντονη ομοιότητα με τα πρότυπα ψωμιά (παρασκευασμένα μόνο από σιτάλευρο ή ρυζάλευρο) με εξαίρεση τη μικρή κίτρινη απόχρωση που προσδίδει η πρωτεΐνη χαρουπιού στα ψωμιά από ρυζάλευρο.

Thermal analysis was used to check the role of the main components of carob flour (Locust Bean Gum-LBG and Carob Protein-CP) in blends with wheat and rice flour, in order to investigate the performance of carob as structural enhancer in formulated foods. Breads from mixed flour systems were also produced to confirm the results, from the technological point of view. Carob germ’s high protein content (≥50% CP), rich in glutamic acid and arginine aminoacids and poor in prolamin, makes it suitable for functional foods development for sportspeople and celiac sufferers. Thermal techniques find application in food science and technology, where heat treatments are very frequent. Differential Scanning Calorimetry (DSC) may provide a useful diagnostic tool for indicating the stability of each phase formed in a mixed system, like a dough. Thermogravimetric Analysis (TGA) can provide information about the gross partition of water between the dough phases, especially for what concerns the water trapped within the different phases that occur, because of phase separation caused by thermodynamic incompatibility. The behaviour of a dough is directly related to the role played by the macromolecules, which induce phase separation and govern the water partition. Data from DSC and TG analysis have shown that CP, due to its poor structure-related quality, does not contribute to dough structure enhancement, as it acts like a non gluten-like protein, but it does not lead to structure damage either. Furthermore, CP, because of its thermodynamic incompatibility with starch does not influence starch gelatinization. Conversely, LBG, due to its capacity to bind a large amount of water, restricts starch gelatinization regardless of starch nature. Therefore, a dough containing LBG should be hyper hydrated. The impact of LBG to wheat gluten’s strength is also evident, since in the presence of LBG a weaker gluten network is formed, indicated by the earlier water evaporation from the gluten phase. In CP and LBG mixtures, due to their phase separation, CP demonstrates its high ability to trap water, competing LBG in all the mixture ratios studied. LBG leads to aggregation of CP in low mixture’s water content. The overall moisture of the mixtures can modify both water partition between phases and the way water is released. Results from bread making, show that wheat breads with 2% LBG present better characteristics, namely texture and porosity, than those with 4% LBG. It seems that addition of 2% LBG is the optimum LBG concentration for the enhancement of wheat bread. From concentrations up to 4%, LBG starts to show its impact to starch gelatinization, confirming the thermal analysis results. Rice breads were split into 2 groups; one group form rice bread and rice bread with 5% carob protein and the other group rice bread with 2 and 4%LBG. It was shown that the addition of LBG gives rice breads different characteristics. Breads with 5% CP present a strong resemblance to control breads either for rice or wheat flour, with exception of the slight yellow tint in rice breads.