Panificación, biotecnología nuestra de cada día.

Una trata de ser consecuente con lo dice y hace, así que, tras la promesa hecha en la última entrada dedicada a la sección de “Ciencia en la cocina” de Órbita Laika, era hora de dedicarle una entrada a uno de los productos biotecnológicos más importantes de las mesas y dietas de tod@s: el pan. Además de un pequeño repaso histórico e industrial sobre el proceso de panificación, trataré de dar una pequeña explicación acerca de cuáles y cómo son los principales aspectos científicos que se encuentran detrás de una barra o mollete de pan. Como siempre os digo, si queréis saber más, ya sabéis…. seguid leyendo!Panes

Se cree que hace alrededor de 8 milenios, se produjo una hibridación (algunos autores piensan que incluso se trató de una mutación) del genoma del trigo silvestre, que resultó en la aparición de una planta gramínea con semillas más grandes. Alentados por los avances que estaban realizando en plena época Neolítica, los seres humanos prehistóricos iniciaron el cultivo de este trigo descendiente de la forma silvestre, provocando una auténtica revolución agrícola que dió paso a una nueva etapa histórica: la edad antigua. Con el inicio de las primeras civilizaciones en Mesopotamia y Egipto, se descubrió que si aquella pasta plana formada por la mezcla de agua y semillas de trigo machacado, cocida sobre piedras calientes, poco digestiva y apetecible, que Evolución histórica del panse venía fabricando desde la etapa Neolítica, se la mezclaba con una pasta o torta realizada el día siguiente, la masa se hacía más blanda y ligera, aumentaba su volumen y, consecuentemente, se hacía más apetecible y digestiva; sin darse cuenta, estos pueblos primigenios estaban creando lo que hoy día se conoce como masa madre. De ahí, esta masa madre se expandiría al pueblo griego y posteriormente, al romano, quienes, además de darle nombre a los los cereales por la derivación del nombre de la diosa romana del pan, Ceres, mejorarían el proceso, asignándole también, un valor económico – social. A partir de entonces, el proceso de fabricación del pan seguiría desarrollándose, hasta la llegada del siglo XVIII – XIX, cuando a través del descubrimiento de las levaduras, como principales causantes del leudado de la masa del pan, por parte de Louis Pasteur, se produciría toda una revolución panaria, tanto en la panificación (diferentes variedades de trigo, modalidades de molienda, adición de ingredientes, etc) como en la producción a nivel industrial, mediante diversos métodos, de levaduras propias de la fermentación panaria.

Por definición, se puede considerar al pan como un producto alimenticio perecedero, de consumo habitual, resultante de la cocción de una masa obtenida por la mezcla de harina de trigo, levaduras de la especie Saccharomyces cerevisiae, sal y agua.  Según sus características físico – químicas, el pan se definiría como: “esponja con alveolos de gas dispersos en una fase semisólida con propiedades viscoelásticas, una fase líquida continua y diferentes constituyentes integrados”. La primera fase semisólida, es la que se produce por acción de dosMasa de pan fenómenos: uno, el grado de hidratación del almidón y de hinchamiento del gluten de la harina producido durante la adicción del agua y el amasado, y dos, por la generación de gas carbónico como resultado de la fermentación alcohólica realizada por las levaduras S. cerevisiae, durante el amasado y la cocción en el horno. La fase líquida continua, se constituye con el agua que se añade para hidratar el almidón y conformar el gluten, así como el grado de humedad necesario para que tenga lugar la fermentación alcohólica y se desarrolle mejor la masa durante la cocción (evitar desecamiento, controlar la temperatura interna o mejorar el brillo). La tercera fase, compuesta por constituyentes integrados, hace referencia a los azúcares (dextrina, glucosa y fructosa), ácidos lácticos, acéticos o butíricos, efluvios de etanol, dióxido de carbono o éteres procedentes de la fermentación panaria, así como los minerales presentes en el tipo de agua utilizada para el amasado.

Para que esto tenga lugar, primero es preciso elegir el tipo de harina. Generalmente para hacer pan se usa harina de trigo (Triticum aestivium o T. vulgare) y en menor medida, de harina de centeno, maíz o arroz. La principal razón de esta elección deriva en la cantidad de proteínas insolubles, gliadinas y gluteninas, presentes en la harina el cereal. Estos dos grupos de proteínas, constituyen el 80% del contenido total de proteínas de la harina (el 20% restante, lo conforman las proteínas solubles como la albúmina y las globulinas), y son las principales responsables del aspecto y propiedades del pan.                                 Las gliadinas, son proteínas de cadena simple y peso molecular bajo, que se Estructura química del glutendisponen en estructuras fuertemente replegadas, característica que es responsable de la uniformidad y pegajosidad de la masa de pan.                          Las gluteninas, son proteínas de cadenas ramificadas y peso molecular alto, que se disponen sin uniformidad, confiriéndole elasticidad, plasticidad y tenacidad a la masa de pan. Variaciones en sus características físico – químicas, determinan las diferencias entre las harinas de trigo (y excepcionalmente, de centeno).                                                   Si su contenido es bajo (inferior al 11%), hablamos de un trigo blando (apropiado para elaborar galletas y bollería); si por lo contrario es alto (entre el 11 – 13% o incluso superior), hablamos de trigo duro (apropiado para elaborar pan y pastas); es lo que se conoce como la fuerza de la harina. Así, estos dos conceptos, la cantidad de proteínas y el tipo de trigo empleado, son fundamentales para la formación de una masa compacta, elástica, fácil de trabajar y con buen grado de leudado.

Composición química harina

El segundo aspecto a tener en cuenta a la hora de hacer pan, es el tipo de levadura y tipo de fermentación que debemos emplear. Hoy en día, básicamente se utilizan las levaduras comerciales (prensadas y/o secas) pero también es necesario tener en cuenta, que en la propia harina de las semillas del trigo están presentes levaduras del género Saccharomyces y toda una microflora bacteriana, con abundancia de las bacterias del género Lactobacillus como L. brevis o L. plantarum sub. arabinosus. Las primeras, las levaduras comercialesLevaduras comerciales, son cultivos seleccionados obtenidos a partir de su desarrollo en biorreactores presentes en fábricas de levaduras (una de las primeras la holandesa de J.C. Van Marken en 1870); en las prensadas, se trata de una pasta con un contenido de humedad del 60-75%, de consistencia firme, color blanco/crema claro, fácilmente desmenuzable en agua sin producir grumos, inodoras y con sabor agradable (ni ácido ni muy palatable); en las secas, las levaduras se encuentran deshidratadas (un 5% de humedad), con aspecto de gránulos y color crema cobrizo. Por las diferencias de humedad observadas, por cada gramo de levadura seca, se necesitan tres gramos de levadura prensada. La fermentación alcohólica realizada por estas levaduras, genera que el pan sea más homogéneo en sabor y aroma, de fácil manipulación y conservación.                                                                                                             – NOTA – Los impulsores (ej: bicarbonato sódico), son aditivos gasificantes en donde se mezcla un compuesto ácido y un compuesto alcalino, que por acción de la fricción del amasado y del calor de la cocción, generan la producción de gas carbónico.                                                                                                                   El caso de las levaduras orgánicas y microflora bacteriana, presentes endógenamente en las semillas y harinas del trigo, se observará además de una fermentación alcohólica producida por las levaduras, una fermentación láctica, Levaduras y bacterias BALacética y butírica por acción de las bacterias lácticas; según el valor de la temperatura y la humedad, predominará una fermentación láctica (temperatura más alta y más humedad) o una fermentación etanólica, acética y butírica (temperatura más baja y más humedad). Se dota así al pan de toda una compleja gama de sabores y aromas, que sin embargo, presentan poca reproducibilidad, requieren mayores tiempos de reacción y procesos de elaboración menos mecanizados. Al igual que en los primeros panes, se trata de una fermentación más doméstica y rústica, que requiere en la mayoría de los casos, una adicción de levaduras comerciales (mayor densidad: 1 gramo de levadura comercial contiene de 10 a 12 millones de células).

La adicción de agua y sal, tiene también su significación. El agua es necesaria, además de para hidratar el almidón y permitir configurar la formación del gluten, controla la temperatura de la masa, su consistencia, evita su desecamiento en el horno y favorece las condiciones de humedad necesarias para el desarrollo de la fermentación panaria; si son alcalinas o salinas, retardan la fermentación. En el caso del sal, además de aportar sabor, fortalece la configuración del gluten en harinas no muy proteicas (acción inhibitoria frente a las proteasas), controla el desarrollo de la fermentación (acción sobre la presión osmótica) y participa en la formación de una corteza crujiente. El uso de aceites y mantequillas, favorece la formación de migas más esponjosas, masticables y de mayor perdurabilidad; el uso de azúcares provoca un aumento en la retención de gases en la masa (por aumento de la fermentación) y de aromas (por participación en las reacciones de Maillard).

Proceso de panificación 

1º PASO. Amasado                                                                                                        Uno de los pasos más importantes del proceso de panificación, que determinará junto con la harina y el tipo de fermentación empleado, la calidad final del pan. Consiste en trabajar las materias primas aplicadas, para garantizar la mezcla de las mismas y obtener de esta forma, una masa consistente, elástica y homogénea, para lo que es necesario amasar de una forma uniforme, aplicando la fuerza siempre en la misma dirección de una forma continuada.                                                                                                                         En la primera etapa del amasado, cuando se añade el agua a la harina de trigo, ésta hidrata el almidón dañado de las harinas, hasta alcanzar un 40% de su peso, haciendo que esté accesible a la unión de las gliadinas y gluteninas por medio de la generación de puentes disulfuro entre las diferentes estructuras, originando la constitución de una glicoproteína llamada gluten (pegamento en griego), que se dispondrá en forma de red tridimensional que retendrá el almidón y el gas producido por las levaduras en la fermentación, formándose alveolos en la miga de pan, proporcionando la textura esponjosa característica y las propiedades viscoelásticas a la masa de pan. A más gluten, mayor coagulación se observará en la masa y mejor firmeza yAlveogramas resistencia tendrá el panLa cantidad y calidad del gluten de la harina de trigo se mide con un alveógrafo de Chopin, que determina la presión soportada por una burbuja de masa hasta que estalla, registrando los datos en un alveograma. Según los resultados, las masas de mucha tenacidad y resistencia (originadas por harinas de mucha fuerza, ej. pastas) impiden un buen levantado de la masa, por su poca extensibilidad y grado de hinchamiento, masas equilibradas (con harinas de fuerza intermedia ej. panes), se desarrollan bien durante el hinchado, por su equilibrio entre tenacidad y extensibilidad, mientras que masas de poca fuerza (elaboradas con harinas flojas ej. galletas) no aguantan bien la presión de la burbuja y estallan fácilmente, por su alto grado de degradación.                  En la segunda etapa del amasado, se airea la masa y se estira el gluten a fin de flexibilizarlo (suavizarlo), introduciendo aire en el interior de la masa (alcanza hasta un 20% del volumen de la misma) que queda retenido en la parte grasa de la masa de pan. Es necesario evitar un posible recalentamiento por fricción; se considera una temperatura ideal la de 25ºC, pues aumenta la tenacidad, la fuerza o resistencia, la marcha de la fermentación y la extensibilidad de la masa.

2º PASO. Fermentación                                                                                           Consta de tres fases fundamentalmente:                                                                   a) Primera fermentación: fermentación muy rápida (la levadura consume rápidamente el oxígeno, generando las condiciones anaeróbicas, retardando su propio crecimiento) que se inicia en el amasado al poco tiempo de añadir la levadura, ya que comienza la metabolización de los primeros azúcares libres existentes en la harina (entre 1 a 2% del total). Las levaduras y bacterias de la flora, liberan unas enzimas las diastasas, que se encargan de descomponer las cadenas del almidón y liberar los disacáridos a digerir en la siguiente etapa de fermentación.      Fermentación panaria                          b) Segunda fermentación: las enzimas amilasas y glucosidasas actúan sobre la amilosa (25%) y amilopectina (4%) del almidón de la harina. Posteriormente, sobre los disacáridos actuarán las invertasas (sobre la sacarosa), maltasas (sobre la maltosa) y sobre las proteínas (entre ellas el gluten), las proteasas. Es en esta etapa donde, por acción de las enzimas zimasas secretadas por las levaduras, se produce la fermentación alcohólica (C6H1206 (glucosa) → 2CH3-CH2OH (etanol) + 2CO2), como principal reacción, pero también a su vez, comienzan a producirse las distintas fermentaciones complementarias: láctica (C6H12O6 → 2CH3-CHOH-COOH), butírica (2C3H6O3 -> C4H8O2 + 2CO2 + 2H2, por acción sobre el ácido láctico de las bacterias butíricas) y acética (2C2H6O3 + 2O2 -> 2C2H4O2 + 2H2O, por la acción de Mycoderma acético sobre el etanol).     Llega un momento (cuando el pH se equilibra entre 4,5 y 5,5), que se produce más dióxido de carbono que etanol, por lo que este LevadurasCO2 difundirá a la fase acuosa continua, descendiendo el pH y provocando la saturación de la fase acuosa; este exceso de dióxido de carbono entra en las burbujas de aire generadas durante el amasado, aumentando la presión. Por las propiedades viscoelasticas de la masa (los ácidos y el etanol hacen más tenaz al gluten e impermeabilizan la red tridimensional), la celda o burbuja de gas se expande para equilibrar la presión, aumentando el volumen total de la masa y dando lugar al aspecto esponjoso. Cuando se retiene la mayor cantidad de gas, se dice que la masa está fermentada o madura, lista para ser horneada; este proceso puede llevar dos o tres horas o incluso hasta un día.   c) Tercera fermentación: es aquella que ocurre durante la cocción, hasta que se alcanzan los 55ºC en el interior de la masa, temperatura a la cual se comienzan a morir las levaduras. Además de la retención del CO2 (al calentarse, aumenta su volumen y con él, el de los alvéolos), la vaporización del etanol, y hasta cierto punto, del agua, debida al calentamiento en el horno, contribuyen a la expansión general de la masa; la corteza se forma por el secado de la superficie en contacto con el material caliente del horno.                                                                             – NOTA –  En la etapa de la fermentación (sobre todo en lo referente a la segunda fermentación), es muy importante tener controlados varios factores: el pH, la temperatura y la humedad. El pH no puede ser muy ácido (por debajo de 4) porque potenciaría las reacciones de tipo láctico, acético y butírico (que deben Panmantenerse bajo un valor complementario), ni tampoco demasiado básico (por encima o igual a 6), pues aumentaría el riesgo de aparición de Bacillus mesentéricos produciendo la enfermedad viscosa del pan o el ahilamiento. La temperatura no puede ser superior a 30ºC (la parte superior fermenta proporcionalmente más que la interna y se retiene menos gas carbónico del que se forma) ni inferior a 25ºC (se relantizará la fermentación, el pan tendrá menos volumen y se observarán ampollas en los laterales). En cuanto a la humedad, si es superior a 75% la corteza (de color rojizo) se despegará de la miga, si es inferior a ese valor, se darán lugar a panes blancuzcos y de poco volumen.

3º PASO. Estirado, división y boleado                                                                Tras la segunda fermentación, se produce (si procede) al estirado, la división de la masa y el boleado. Para proceder al estirado, es necesario regular la temperatura del lugar de trabajo y el tiempo de reposo; mayor tiempo en masas más blandas y esponjosas y menor en masas más duras y de menor volumen. Con la división (si Boleadoprocede), lo que se pretende es dividir la masa, antes de bolearla, confiriéndole un peso en masa, de manera que se obtenga el peso deseado en el producto final. El boleado, se utiliza además de para dotar a la masa dividida de una forma esférica y una fina capa en la superficie seca para permitir la fijación del vapor de agua al entrar al horno, también para dar fuerza a la masa y reestructurar la red tridimensional para permitir el aumento de volumen de nuevo, que tiene lugar durante el horneado. Tras el boleado, se suele proceder a dejar un pequeño tiempo en reposo (3 a 10 minutos) las formas boleadas, para permitir aumentar la tolerancia, el volumen y el sabor y aroma.

4º PASO. Horneado                                                                                                  La cocción se realizará siempre entre 180º C y 250º C durante 10 a 15 minutos, con el fin de evaporar una importante fracción de agua contenida en la masa y hacer al gluten y al almidón, más digeribles para el organismo. La cocción del pan se origina desde el exterior hasta el interior, mediante el calor que se difunde por conducción a través de la corteza; se considera completa cuando se alcanzan los 90ºC en el interior de la masa (nunca debe superar el valor de 100ºC). Además de continuar la tercera fermentación hasta que se alcanzan los 50ºC – 60ºC, el contenido gaseoso queda estancado, debido a la dureza e impermeabilidad de Horneadola parte exterior de la masa cocida, en dónde el gluten se coagula a los 70ºC y los gránulos de almidón se hidrolizan parcialmente apareciendo en forma de dextrina (contribuyen a la formación de una corteza crujiente) y los azúcares no fermentables, junto con las proteínas y la humedad, se ven sometidos a la reacción de Maillard, responsable del color tostado de la costra.                                                                                                                         – NOTA – Si se requiere un pan no muy tostado, se debe rociar vapor de agua sobre la superficie de la masa antes de hornearla, para reducir el efecto de la reacción de Maillard y favorecer una mayor hidrolización del almidón.                       A veces se producen roturas en la corteza, surgidas por un aumento de la presión interior de los gases retenidos en los alvéolos (máxima expansión hasta los 6 o 8 primeros minutos). Según el tamaño de la pieza de pan, así se determinará la temperatura del horno y el tiempo de cocción; a mayor tamaño, mayor tiempo de cocción y menor temperatura; a menor tamaño, menor tiempo de cocción y mayor temperatura.                                                                                                                       Como resultado del acondicionamiento y respuesta a todos estos cambios, da lugar a dos tipos de pan:                                                                                           – pan bregado o candeal: con miga dura, debido a una menor coagulación del Pan bregado y pan de flamagluten e hidrolización del almidón, así como de una mayor volatilización de los gases producidos durante la fermentación y el horneado.           – pan de flama: con miga blanda, resultado de la mayor hidrolización del almidón, de coagulación del gluten y de la menor volatilización del agua contenida en la fase líquida continua.

5º PASO. Enfriamiento                                                                                             Se mantienen los panes a temperatura ambiente durante un tiempo determinado según el tipo del pan, para poder manipularlos correctamente y favorecer su correcta conservación, debido a las diferencias de temperatura y humedad entre la corteza (100ºC y 14%, respectivamente) y la miga (98ºC y 36%, respectivamente). Durante el enfriamiento, se produce lo que se llama como período de resudado, donde el dióxido de carbono y los compuestos aromáticos retenidos por la corteza, difunden a través de sus poros y generan, el típico olor característico de pan recién hecho. Así mismo, otros compuestos difunden hacia la miga y  de ésta a la corteza, produciendo una alteración de sabor del pan, reversible si se vuelve a calentar.

Las principales alteraciones sufridas en el pan en los días posteriores a su elaboración, son dos: la correosidad de su corteza (por un mal enfriamiento que genera un aumento de humedad en la corteza) y el endurecimiento de la miga (se debe a la retrogradación del almidón, que se evita reduciendo la cantidad de almidón de la harina (uso de emulsionantes como huevos o mantequillas o harinas modificadas) o congelando el pan.

Y con esto y buenos deseos, cierro las entradas del blog por este año 2015. Espero que para el 2016, pueda seguir el ritmo llevado hasta ahora y que os siga aportando información interesante.

¡Feliz y Próspero año 2016!

¡Nos “leemos” en la próxima entrada!                                                                      Tatiana DC

Fuentes                                                                                                                  Gil, A. “Tratado de nutrición. Composición y calidad nutritiva de los alimentos. Volumen II”. Editorial Panamericana (2010)  ;  Normahomed, I. “El papel de la fermentación de los alimentos a lo largo de la historia”. Tipos y tecnologías de la panificación. Jornadas “Sabadell Universitario” (2005)  ;  Boatella Riera, J et al “Química y bioquímica de los alimentos II” Publicaciones y ediciones Universidad de Barcelona. (2004)  ;  Sánchez y Pineda, M. T.  “Procesos de elaboración de los alimentos y bebidas” Mundi – Prensa Libros (2003)  ; Mesas, J. M. y Alegre, M. T.”El pan y su proceso de elaboración” Cienc. Tecnol. Aliment. Vol. 3, Nº 5 (2002)  ; http://rincondelaciencia.educa.madrid.org/Curiosid2/rc-146/rc-146.html

                          

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