Escuela Internacional de Doctorado Luis Alfredo Espinoza Espinoza TESIS DOCTORAL Formulación de un helado de leche y castaña (Castanea sativa Miller) y valoración de alternativas para mejorar sus características de salubridad Dirigida por los doctores Francisco Javier Carballo García y Juan Antonio Centeno Domínguez Año 2017 1 Escuela Internacional de Doctorado Francisco Javier Carballo García y Juan Antonio Centeno Domínguez, Catedrático y Profesor Titular del Área de Tecnología de los Alimentos de la Universidad de Vigo, HACEN CONSTAR que el presente trabajo, titulado “Formulación de un helado de leche y castaña (Castanea sativa Miller) y valoración de alternativas para mejorar sus características de salubridad”, que presenta Don Luis Alfredo Espinoza Espinoza, fue elaborado bajo su dirección en el programa de doctorado en “Ciencia y Tecnología Agroalimentaria” y cumple los requisitos para optar al título de Doctor por la Universidad de Vigo. Ourense, 25 de septiembre de 2017. Los Directores de la tesis de Doctorado Francisco Javier Carballo García Juan Antonio Centeno Domínguez 2 AGRADECIMIENTOS Agradezco profundamente a los Doctores Francisco Javier Carballo García y Juan Antonio Centeno Domínguez, ya no solo por haber sido mis directores de tesis y responsable de un grupo de trabajo, sino más bien por sus cualidades humanas y su disposición en apoyarme en los momentos más importantes, y compartir sus experiencias. A Francisco, Jorge, Noemí, Miriam, Lucía, Alda y demás compañeros del laboratorio, en verdad les agradezco por todo su apoyo durante mi estancia, así como los buenos momentos que hemos compartido durante estos años. A los colaboradores del Centro Tecnológico de la Carne, en especial a José Manuel Lorenzo y su equipo de trabajo, por su ayuda durante las pruebas sensoriales y determinación de compuestos volátiles de los productos en estudio. A mi familia, A ti luz Moreno quien junto a Laia tuvieron que pasar por momentos difíciles cuando yo no estuve junto a ustedes durante este tiempo, A mi Madre Santa Teresa y mi hermana Rosalía por darme ánimos permanentemente, quiero hacer mención también al tío Elías a quien debo una parte importante de mi formación, quien junto a los abuelos Víctor y María me enseñaron que con valores y esfuerzo se superan todo tipo de dificultades en nuestro paso por esta vida terrenal. Con mucho aprecio y dedicación para todos ustedes… 3 ÍNDICE Página RESUMEN 7 I. INTRODUCCIÓN 12 I.1. EL HELADO, NATURALEZA, ORÍGENES E IMPORTANCIA .13 I.1.1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS 14 I.1. 2. DEFINICIÓN GENERAL Y CLASIFICACIÓN DE LOS HELADOS 16 I.1.2.1. Helado de crema 16 I.1.2.2. Helado de leche 17 I.1.2.3. Helado de leche desnatada 17 I.1.2.4. Helado 17 I.1.3. PRODUCCIÓN Y CONSUMO DE HELADOS 18 I.1.4. PROCESO TECNOLÓGICO DE LA ELABORACIÓN DEL HELADO 22 I.1.4.1. Formulación 22 I.1.4.2. Recepción de las materias primas e ingredientes 25 I.1.4.3. Preparación de la mezcla de helado 25 I.1.4.4. Pasteurización y homogeneización de la mezcla 25 I.1.4.5. Maduración de la mezcla 26 I.1.4.6. Batido de la mezcla en frío con incorporación de aire 27 I.1.4.7. Moldeado del helado 28 I.1.4.8. Congelación del helado 28 I.1.4.9. Envasado – congelado del helado 29 I.1.4.10. Almacenamiento y distribución del helado 29 I.2. MATERIAS PRIMAS E INGREDIENTES DEL HELADO 30 I.2.1. LA LECHE 30 I.2.1.1. Producción y consumo de leche 31 I.2.2. LA CASTAÑA 35 I.2.2.1. Principales características de castañas en Galicia 36 I.2.3. LA GRASA VEGETAL EN LE HELADO 37 I.2.4. LOS EDULCORANES 38 I.2.4.1. Los edulcorantes sacáridos 39 4 I.2.4.2. Los edulcorantes no sacáridos 46 I.2.5. LOS EMULSIONANTES 49 I.2.5.1. Los fosfolípidos 50 I.2.5.2. Las proteínas 51 I.2.5.3. Los polisacáridos 52 I.2.5.4. Los biosurfactantes y bioemulsionantes 53 II. JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS DE LA TESIS DOCTORAL 56 II.1. OBJETIVOS 58 II.1.1. OBEJTIVO GENERAL 58 II.1.2. OJETIVOS ESPECÍFICOS 58 III. MATERIALES Y MÉTODOS 60 III.1. PRODUCTOS QUÍMICOS Y MEDIOS DE CULTIVO 61 III.2. MATERIAL DE LABORATORIO 61 III.3. METODOLOGÍA GENERAL 64 III.3.1. SELECCIÓN DE LA FÓRMULA BASE PARA UN HELADO DE LECHE ENTERA Y CASTAÑA (Castanea Sativa, Miller) 64 III.3.1.1 Determinación del tipo de castaña a emplear en las formulaciones del helado 64 III.3.1.2. Tratamiento de las castañas para obtener los tropiezos 65 III.3.1.3. Preparación de las mezclas de helado 65 III.3.1.4. Análisis sensorial de las diferentes formulaciones del helado 66 III.3.2. ELABORACIÓN DE UN HELADO MÁS SALUDABLE (SIN COLESTEROL (GRASA DE ORIGEN ANIMAL), SIN AZÚCARES (CON EDULCORANTES HIPOCALÓRICOS), SIN GOMAS SINTÉTICAS (CON GOMA DE TARA – Caesalpinia Spinosa)) EMPLEANDO UNA BASE DE HELADO DE CASTAÑA 66 III.3.2.1. Elaboración de las formulaciones 66 III.3.2.2. Elaboración de los helados 68 III.3.3. DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA (EXTRACTO SECO, MATERIA GRASA, PROTEÍNAS, CENIZAS Y CARBOHIDRATOS) Y PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS (pH, ACIDEZ TITULABLE, COLOR, % DE DERRETIMIENTO) DE LAS FÓRMULAS DE HELADOS 71 5 Página IIII.3.3.1. Determinación de la composición química del helado de castañas 72 III.3.3.2. Determinación de los parámetros físico-químicos 81 III.3.4. DETERMINACIÓN DEL PERFIL DE ÁCIDOS GRASOS TOTALES DE LAS FÓRMULAS DE HELADO 83 III.3.4.1. Metilación de los ácidos grasos del helado 83 III.3.4.2. Separación, identificación y cuantificación de los ácidos grasos 84 III.3.5. DETERMINACIÓN DE LOS COMPUESTOS VOLÁTILES DE LAS FÓRMULAS DE HELADO 86 III.3.5.1. Extracción de compuestos volátiles 87 III.3.5.2. Análisis cromatográfico (GC/MS) 88 III.3.5.3. Identificación 90 III.3.6. ANÁLISIS MICROBIOLÓGICO DE LAS FÓRMULAS DE HELADO 92 III.3.6.1. Homogeneización de las muestras y preparación de las diluciones 92 III.3.6.2. Recuento e investigación de los diferentes grupos microbianos 92 III.3.7. MÉTODOS PARA EL ANÁLISIS SENSORIAL DE LOS HELADOS 95 III.3.7.1. Materiales 95 III.3.7.2. Elección del preparado de castaña a emplear en la formulación de los helados 97 III.3.7.3. Evaluación sensorial de las formulaciones de helado control y de las preparadas con diferentes ingredientes saludables 101 III.3.8. ANÁLISIS ESTADÍSTICO 104 IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 105 IV.1. ELECCIÓN DEL PREPARADO DE CASTAÑA A EMPLEAR EN LA FORMULACIÓN DE LOS HELADOS 106 IV.2. ELABORACIÓN DE UN HELADO SIN COLESTEROL (GRASA DE ORIGEN ANIMAL), SIN AZÚCARES (CON EDULCORANTES HIPOCALÓRICOS), SIN GOMAS SINTÉTICAS (CON GOMA DE TARA – CAESALPINIA SPINOSA) EMPLEANDO UNA BASE DE HELADO DE CASTAÑA 109 IV.3 COMPOSICIÓN QUÍMICA PROXIMAL (EXTRACTO SECO, MATERIA GRASA, PROTEÍNAS, CENIZAS Y CARBOHIDRATOS) Y PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS (pH, ACIDEZ TITULABLE, COLOR, % DE DERRETIMIENTO) DE LAS FÓRMULAS DE HELADOS DESARTOLLADAS 115 IV.3.1. COMPOSICIÓN QUÍMICA PROXIMAL DE LAS FOMULACIONES DE HELADOS 115 IV.3.2. PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS 128 IV.4. DETERMINACIÓN DEL PERFIL DE ÁCIDOS GRASOS TOTALES DE LAS FORMULACIONES DE HELADO 134 IV.5. PERFIL DE COMPUESTOS AROMÁTICOS VOLÁTILES DE LAS FORMULACIONES DE HELADO 142 IV.6. CALIDAD MICROBIOLÓGICA DE LAS FORMULACIONES DE HELADO DESARROLLADAS 157 6 Página IV.7. EVALUACIÓN SENSORIAL DE LAS FORMULACIONES DE HELADO CONTROL Y DE LAS PREPARADAS CON DIFERENTES INGREDIENTES SALUDABLES 165 IV.7.1. PRUEBA DE PREFERENCIA CON ORDENACIÓN 165 IV.7.2. ANÁLISIS DESCRIPTIVO 168 CONCLUSIONES 172 BIBLIOGRAFÍA 175 7 RESUMEN En la Comunidad Autónoma de Galicia, existe una elevada producción de leche, con entregas totales de 2,6 millones de toneladas anuales, representando el 37,6% de la producción nacional de España. Los precios de mercado al productor, no obstante, son bajos, situándose en valores medios de 29,8 céntimos de euro el litro. La castaña (Castanea sativa, Miller), de la que Galicia es un productor también destacado, es un fruto de carácter estacional, de buenas cualidades nutritivas que se consume de modo directo o se transforma en harina, castaña en almíbar, y marrón glacé. No obstante, se encuentra escasamente valorizada, y una parte importante de la producción no se recoge y queda en los castañares como pasto para la fauna salvaje. Una posibilidad de dotar de mayor valor añadido a estos productos podría ser la elaboración de un alimento que incorporase ambos, y que gozase de gran aceptación entre los consumidores. El helado parece ser un producto que cumple tales requisitos. Por otra parte, los problemas de salud ligados a una incorrecta alimentación son verdaderamente preocupantes en los países industrializados; el índice de obesidad en niños se ha triplicado en los últimos años, y hay cada vez más evidencias científicas de la relación entre la alimentación y algunas dolencias como las enfermedades cardiovasculares y el cáncer. Los consumidores son progresivamente más exigentes y buscan alimentos diferentes, nuevos, más impactantes y sorprendentes, pero también cada vez más seguros y saludables. Con estos antecedentes, el objetivo de este estudio fue formular un helado de leche y castaña y valorar alternativas en sus ingredientes para obtener un producto más saludable. El estudio se desarrolló en dos etapas, la primera consistió en formular un tipo de helado de leche y castañas, con buenas características organolépticas; sobre una base de helado comercial, se incorporaron cinco presentaciones diferentes de castaña (harina de castaña, castaña en tropiezos, una mezcla de ambos, castaña en almíbar, y glasé de castañas). En la segunda etapa, tomando como base la formulación mejor valorada en la primera fase, se elaboraron 8 formulaciones distintas, aplicando un diseño factorial de 2x2x2, habiéndose considerado tres variables principales de sustitución (materia grasa, edulcorantes y estabilizantes) con 8 dos alternativas para cada una.