Análisis estructural de los productos derivados de cereales y su aplicación en la optimización de procesos y productos

Abstract

[ES] La inspección visual es un parámetro de calidad que describe tanto el aspecto externo como la estructura interna en los productos derivados de cereales. El análisis digital de imagen (ADI) es una herramienta ampliamente utilizada en diversos campos para procesar y analizar los objetos que observamos visualmente. Sin embargo, a pesar de su potencial, ha sido escasamente explotado en el ámbito de alimentos. La estructura de la miga de los productos derivados de cereales es uno de los parámetros característicos del pan y en este contexto es fundamental realizar el seguimiento de los cambios estructurales que se producen durante el proceso o debido a las modificaciones en la formulación. Por ello, el objetivo principal de la presente tesis doctoral fue definir la interrelación entre la estructura y parámetros de calidad de masas y productos horneados, así como extender la utilidad del ADI y su uso para optimizar los procesos y las formulaciones en productos horneados. Para ello, en primer lugar, se establecieron las condiciones óptimas de captura y se estudió la forma de mejorar la detección de bordes. Posteriormente se evaluó el potencial del análisis de imagen para cuantificar los cambios estructurales ocurridos en la formación de geles de almidón en un analizador rápido de fuerza. Seguidamente, se estudió el impacto en la estructura de la adición o sustitución de distintos ingredientes o aditivos en panes con y sin gluten. Y finalmente se investigaron las posibles correlaciones entre los resultados obtenidos de la caracterización tecnológica (perfil de textura, estructura de la miga, humedad) frente a la percepción sensorial (propiedades del bolo, masticación y deglución). El ADI permitió cuantificar las diferentes estructuras obtenidas con los distintos almidones. Además, el estudio reveló las diferencias en el tiempo necesario para formar una estructura homogénea y bien distribuida, que fue dependiente del origen del almidón. La modificación de la formulación de panes con o sin gluten requirió de la adaptación del proceso y permitió obtener diferentes estructuras atendiendo a los ingredientes /aditivos estudiados. El ADI resultó ser una herramienta eficaz para detectar y cuantificar los cambios originados a nivel estructural, en masa y producto final. Además, los cambios cuantificados mediante ADI obtuvieron correlaciones estadísticamente significativas con varios de los parámetros estudiados de percepción sensorial, como son la adhesividad del bolo y el tiempo total para masticar y deglutir una muestra. Por lo tanto, el ADI resultó una herramienta suficientemente específica y no destructiva, que permitió caracterizar el impacto del cambio de la formulación en la distribución alveolar de panes con y sin gluten. Existiendo relación entre este y los parámetros utilizados habitualmente en la caracterización de productos derivados de cereales, así como con la percepción sensorial.

[CA] La inspecció visual és un paràmetre de qualitat que descriu tant l'aspecte extern com l'estructura interna en els productes derivats de cereals. L'anàlisi digital d'imatge (ADI) és una eina àmpliament utilitzada en diversos camps per a processar i analitzar els objectes que observem visualment. No obstant això, malgrat el seu potencial, ha sigut escassament explotat en l'àmbit d'aliments. L'estructura de la molla dels productes derivats de cereals és un dels paràmetres característics del pa i en aquest context és fonamental realitzar el seguiment dels canvis estructurals que es produeixen durant el procés o a causa de les modificacions en la formulació. Per això, l'objectiu principal de la present tesi doctoral va ser definir la interrelació entre l'estructura i paràmetres de qualitat dels diferents tipus de masses i productes enfornats, així com estendre la utilitat de l'ADI i el seu ús per a optimitzar els processos i les formulacions en productes enfornats. Per a això, en primer lloc, es van establir les condicions òptimes de captura i es va estudiar la manera de millorar la detecció de les vores. Posteriorment es va avaluar el potencial de l'anàlisi d'imatge per a quantificar els canvis estructurals ocorreguts en la formació de gels de midó en un analitzador ràpid de força. Seguidament, es va estudiar l'impacte en l'estructura de l'addició o substitució de diferents ingredients o additius en pans amb glútens i sense glútens. I finalment es van investigar les possibles correlacions entre els resultats obtinguts de la caracterització tecnològica (perfil de textura, estructura de la molla, humitat) enfront de la percepció sensorial (propietats del bol, masticació i deglució). L'ADI va permetre quantificar les diferents estructures obtingudes amb els diferents midons. A més, l'estudi va revelar les diferències en el temps necessari per a formar una estructura homogènia i ben distribuïda, que fou dependent de l'origen del midó. La modificació de la formulació de pans amb gluten o sense va requerir de l'adaptació del procés i va permetre obtindre diferents estructures atesos els ingredients /additius estudiats. L'ADI va resultar ser una eina eficaç per a detectar i quantificar els canvis originats a l'entorn estructural, en massa i producte final. A més, els canvis quantificats mitjançant ADI van obtindre correlacions estadísticament significatives amb els diversos paràmetres estudiats de percepció sensorial, com són l'adhesivitat del bol i el temps total per a mastegar i deglutir una mostra. Per tant, l'ADI va resultar una eina prou específica i no destructiva, que va permetre caracteritzar l'impacte del canvi de la formulació en la distribució alveolar de pans amb glutens i sense. Tot i existint relació entre aquest i els paràmetres utilitzats habitualment en la caracterització de productes derivats de cereals, així com amb la percepció sensorial.

[EN] Visual inspection is a quality parameter that describes both the external appearance as the internal structure in cereal-based products. Digital image analysis (DIA) is a tool widely used in several fields to process and analyse objects visually observed by the human eye. However, despite of its potential, it has been barely explored for food analysis purposes. Crumb structure in cereal-derived products is one of the most characteristic parameters in bread. Due to this, following up the structural changes caused by the process or by the formulation changes, is of fundamental importance. For that reason, the main target of this thesis was the definition of the relationship between the structure and the quality parameters of dough and baked products. Moreover, extending the DIA utility and its use to improve process and mixes in baked products represented other main objective of this work. To do that, first, the optimal capture conditions were established and the way to improve the edge detection was studied. Afterwards, image analysis was evaluated to quantify the structural changes that happened during the starch gels formation in a fast force analyser. Then, the impact on the structure by adding or replacing different ingredients or additives in gluten-free breads was studied. Finally, the possible correlations between the results obtained from technological characterization (texture profile, crumb structure, moisture content) versus sensory perception (bolus properties, chewing and swallowing) were also investigated. DIA allowed the quantification of the different structures obtained from different starches. In addition, the study revealed the differences in time needed to form a homogeneous and well-distributed structure, which was dependent on the origin of the starch. Formulation modification in bread with or without gluten required a process adjustment that allowed to obtain different structures depending on the ingredients / additives studied. DIA has been proved to be an effective tool for detecting and quantify changes originated at the structural, dough and final product levels. In addition, the changes quantified by DIA obtained statistically significant correlations with several parameters studied for the sensory perception, such as bolus adhesion and total time to chew and swallow the sample. Therefore, DIA was a sufficiently specific and non-destructive tool, which allowed to characterize the impact of the formulation change on the bread cell distribution with and without gluten. There being a relationship between this, and the parameters usually used in cereal products characterization, as well as sensory perception.