Secado de gomas gelificadas

A continuación, les presento un extracto de un artículo que escribí para la revista Énfasis, que saldrá publicado próximamente

Como es bien sabido, una de las aplicaciones más importantes del mundo para la industria de Gelatina son las gomas gelificadas. Dentro de este amplio grupo es posible encontrar Gomas tipo Alemán (las clásicas Gummy bears) y Pastillas de goma, que involucran la aplicación de gelatinas de distintos Bloom (normalmente más bajos) y combinaciones de gelatina con almidones modificados, agar, pectina y otros hidrocoloides.
El objeto de trabajar con una u otra fórmula no tiene otro objetivo que el de perseguir texturas diferentes: más cortas, más elásticas, aireadas, turbias, transparentes, con distintos grados de adhesividad, etc.
Una de las etapas finales del proceso, antes del envasado, es el secado del producto en los marcos o placas de almidón. Este paso siempre es crítico, tanto como la elección de los ingredientes y las mismas condiciones de producción.
Si tenemos las condiciones necesarias para secar un determinado tipo de goma u otro, entonces a partir de allí podremos evaluar las condiciones de cocción de los jarabes, el tipo de jarabe a emplear, la relación de Jarabe de glucosa o Alta maltosa con Sacarosa, y hasta el tipo de gelatina o mix que emplearemos.
La clave es determinar si contamos con las instalaciones adecuadas como para tener aire en circulación, control de temperatura, humedad, recirculación y/o venteo de aire húmedo, además de establecer cuál será la “carga” máxima de producto que podremos secar eficientemente dentro de nuestra cámara.

¿Qué papel juega la humedad del almidón de secado?

La humedad del almidón empleado para secar las gomas es acaso el factor más importante a tener en cuenta. Tanto la realización y obtención de impresiones precisas de los moldes dentro de los cuales la Mogul inyectará el producto, como su rol esencial durante el proceso de secado o curado del producto, dependen básicamente de la humedad del almidón y de su contenido de aceite mineral.
Para la mayoría de las gomas moldeadas, el contenido de humedad que el almidón esta comprendido en el rango de 5.5 a 8.0%. Existen algunos otros productos, como el caso de los marshmallows depositados, que requieren humedades más bajas (5.0%) dada la textura final deseada.

Condiciones de Proceso y Humedad del almidón

Existen distintas posibilidades para alcanzar el objetivo de tener una textura estable del producto y sin defectos de secado.
Aun con todas las variantes que podemos encontrar en las instalaciones disponibles, sería óptimo lograr un sistema productivo que respete la curva (ver Curva 1), en donde se observa la evolución de la dureza de una goma (en g) respecto de su evolución en sólidos totales.
El caso ideal sería lograr depositar con 78 – 79 ºBrix, lograr un aumento de 2-3 ºBrix durante el secado, y empacar inmediatamente. De este modo es posible llegar al fin de la vida útil del producto (9 meses) con un nivel de humedad del 16%, el cual resulta más que aceptable.
Siempre existirá un objetivo común que será tener el tiempo más corto posible. Sin posibilidades de hablar de un tiempo óptimo como regla general, podemos identificar un rango que oscilará entre 18 y 72 horas de secado.

Espumas en Golosinas: Estabilidad y Textura

Las espumas en golosinas son más comunes de lo que puede creerse. Las encontramos en productos comercialmente disponibles como Marshmallows (Malvaviscos), Caramelos Masticables, Gomas aireadas, Nougat, Angel Kisses, entre otros.
Las espumas son dispersiones aire-líquido, formadas por un grupo de burbujas (gaseosas) separadas por películas delgadas de una capa líquida. Es clave entonces comprender que no estamos en presencia de una emulsión clásica, ya que en la espuma, el volumen de una burbuja de gas es de magnitud cinco ordenes mayor que el correspondiente a las gotas de aceite de una emulsión (Pilosof. A, et al; 2000).

Ni un líquido puro ni una concentración demasiado el elevada de soluto (proteína) dara espumas estables. El primer caso directamente por no presentar tensión superficial. El segundo por tener las capas superficiales compuestas casi exclusivamente de moléculas de sustancia activa, sin formación considerable de espuma (Es por esto, que cuando empleamos gelatina en la elaboración de un marshmallow extrudado industrial, no debemos exagerar con la dosis, y cuidar la relación de Bloom y dosis a emplear)
Irónicamente, es necesario tener una diferencia de tensión superficial entre la solución y la capa superficial. Mientras más grande sea esta diferencia, mayor consistencia y estabilidad tendrá la espuma.

Caso Aplicado: Marshmallows extrudados

La aplicación que conlleva mayor análisis es el caso de los Malvaviscos extrudados. Cuando elaboramos este producto partiremos de un slurry de densidad 1.3 g/ml para llegar a un producto con densidad comprendida entre 0,25 - 0,3 g/ml. Esto muestra que necesitamos incorporar una gran cantidad de aire y, más importante aun, estabilizarlo para que el producto cumpla con la vida útil deseada (Normalmente 6 a 9 meses, dependiendo de la región).

¿Cómo estabilizamos esta gran cantidad de aire?
Primeramente deberemos crear una película estable que rodee a las burbujas de gas, con propiedades rígidas y viscoelásticas.
Sin dudas es necesario un material proteico que limite, disminuya la tensión superficial que existe en la película de las burbujas de gas (con tendencia a la expansión). El tensioactivo que usemos debera contar con dos características: asociación entre sí, para formar agregados de mayor tamaño, disminuir carga superficial y alta capacidad de absorción de agua, y respetar la afinidad de polaridades: la parte polar estará en contacto con la película líquida (donde en nuestro caso contamos con agua, sacarosa y jarabe de glucosa) y la parte no polar se coloca en el interior de la burbuja de aire.

Claramente la película que rodea a las burbujas de gas en un marshmallow está compuesta por sustancias polares. De este modo, la albúmina y/o gelatina usadas para estabilizar el producto, orientará su parte polar hacia este frente, adsorbiéndose sobre la película externa de la burbuja de gas.
Esta película existente entre las burbujas deberá mantener su espesor, evitando su adelgazamiento, lo que causaría el colapsamiento consecuente de la estructura (lo que equivale a mantener un tamaño de burbuja semi-constante). Este efecto de adelgazamiento es casi inevitable en determinada proporción, sobre todo cuando la temperatura aun no ha descendido todo lo necesario.
En la burbuja, la presión interna es mayor que la externa. De este modo, en la búsqueda del equilibrio de presiones la burbuja crece, ya que entre menor sea el radio de la burbuja, mayor es la presión en exceso. Esto explica uno de los mecanismos de ruputra de las burbujas: el aire se difunde de la burbujas pequeñas a las más grandes a través de la película que las separa, y así las burbujas grandes crecen a expensas de las pequeñas hasta su ruptura, generalmente en la superficie. Al crecer las burbujas también se produce la elasticidad de la película, variando la tensión superficial existente. Estas películas se rompen normalmente cuando alcanzan un espesor de 50 A. Existen por último fuerza de gravedad que hacen que el líquido fluya verticalmente situándose en el punto de unión de las capas externas de las burbujas (Borde de Plateau).
Tomando en cuenta estos puntos, es necesario que el material proteico empleado nos garantice la estabilidad de nuestro producto. Para esto debe presentar carga eléctrica suficiente (dada por los grupos ionizados) como para garantizar la repulsión eléctrica necesaria.
Además de este último punto, existen algunos otros factores que ayudan a mantener la estabilidad de la espuma:
- Constitución de la doble capa de Gibbs
- Enlaces hidrógeno que el agua forma con los ingredientes de la capa líquida, y que ligan todas las moléculas del líquido entre ellas.
- La viscosidad del medio líquido

Una dispersión de Gelatina tendrá acción tensioactiva siempre que se adsobra con rapidez en la interfase, lo que requiere que sea soluble y flexible, que tenga un peso molecular adecuado y que posea un balance lipofílico / hidrofílico adecuado, dado por la relación de hidrofobicidad superficial / carga superficial (Pilosof. A, et al; 2000). Para el caso de la gelatina, esto se traducirá en tener un peso molecular promedio que resulte adecuado para esta aplicación, sin ser demasiado bajo, dado que el setting time sera demasiado prolongado, provocando un "aplaste" del producto. Si se emplea Gelatina de origen bovino, deberíamos contar con procesos que nos garanticen esta viscosidad mínima.

Textura
La gelatina permite obtener texturas bien elásticas, con ligeras variaciones, en función del origen de la misma.
La idea de emplear esta proteína es contar con una textura estable a lo largo de 9 meses.
Sin embargo, la diferencia más importante que encuentro en este punto es que en el caso de los malvaviscos un "enemigo" importante es la humedad relativa de equilibrio. Los marshmallows tienden a intercambiar agua con el ambiente, pudiendo ser absorción o desorción, en función del medio en el que se encuentren. Podemos trabajar en dos puntos para controlar este proceso: La eleccición del Jarabe de Glucosa a emplear (sería recomendable contar con un porcentaje de jarabe de Alta conversión) y la distribución de burbujas y su tamaño, dado que un tamaño muy pequeño de burbujas provocará dos cosas: Una gran presión interna en las burbujas de gas, lo que lleva a una migración de gas desde las burbujas pequeñas a las más grandes, acelerando el colapso de la estructura, y por otro lado, la superficie específica expuesta se verá aumentada, lo que acelera la transferencia de materia con el medio y provocando un resecamiento exterior antes de tiempo.
Por esto, para obtener una textura adecuada en Marshmallows es clave conocer la estructura del film que rodea las burbujas, como estabilizar a éstas y, a su vez, entender qué tipo de proceso de aireación será el más adecuado (batido, extrusión, inyección de gas a presión) para obtener el producto deseado.

(Pilosof, A. y Batholomai, G. (2000). "Caracterización funcional y estructral de proteínas", Cap 3, Ed. Eudeba)

Dulce y seguro

Es claro que los productos azucarados en general no son responsables de intoxicaciones. Esto principalmente esta dado por la gran presión osmótica generado por el alto nivel de azúcar que impide, por tanto, el desarrollo bacteriano. También, los procesos industriales en general emplean temperaturas elevadas que ayudan a disminuir en gran medida el número de bacterias presentes.

Sin embargo, se deben tener algunos cuidados. En los alimentos dulces existen pocas bacterias coliformes. En general los microorganismos contaminantes provienen de los ingredientes empleados, aunque el medio industrial en el cual se esta operando también puede tener un impacto importante. Es de sumo cuidado la higiene con la que se debe trabajar.
El aire debería estar controlado, sobre todo si vamos a trabajar con productos que puedan absorber humedad. En este caso el desarrollo microbiano se dará superficialmente.
En el caso de los Marshmallows, en donde el producto es recubierto por almidón, es clave tener la humedad relativa (Aw) del producto controlada, ya que las chances de tener desarrollo fúngico es importante. Esto llevara a tener el producto "picado", o sea, con manchas redondas que tienen la apariencia de agua, pero que no es otra cosa que el agua provocada por el mismo metabolismo del hongo. Para esto, la clave es trabajar sobre el balance de azucares entre la sacarosa y el jarabe empleado.

El jarabe de glucosa que emplearemos debe ser controlado en términos de recuento de Hongos y Levaduras. El nivel de bacterias presentes estará regulado por el grado de D.E. A mayor grado de hidrólisis, menor desarrollo potencial por efectos osmóticos.
Volviendo al desarrollo de hongos y levaduras, es importante el llenado en caliente de los baldes o cisternas, y evitar que el producto permanezca sin agitación por períodos prolongados. Esto llevaría a un desarrollo microbiano que resultará en fermentaciones productoras de CO2. Este metabolismo, volverá a generar agua disponible que será a su vez, nuevo sustrato para el desarrollo del hongo, continuando el ciclo.
Operar con Jarabes fermentados puede llevarnos a un desastre en términos de estabilidad de producto. Principalmente, gomas de gelatina, bombones de pectina y marshmallows son los más afectados, observándose que el producto pierde la textura, gana en turbidez y comienza a presentar olor a alcohol.

Como último concepto general debería comentar algunos aspectos del packaging. Es clave la barrera contra el oxígeno. Esto se consigue fácilmente empleando polietileno de alta densidad y un buen cierre. Es clave también entender cuál es el mercado hacia adonde nuestro producto será exportado (en el caso de poder exportar, claro). Sobre todo porque las condiciones de temperatura y humedad son variables y el desarrollo de microorganismos puede darse en condiciones no esperadas en nuestra planta.
He estado trabajando sobre distintos tipos de envases y condiciones de almacenamiento, a fin de lograr formulaciones aptas tanto para climas como el centroamericano como para regiones más templadas.

Algo de bibliografía..

No existe mucho publicado acerca de Golosinas...lo que encuentra más desarrollo es el estudio sobre Chocolate, sobre lo que se ha escrito mucho y resulta fácil encontrar material.

Para el concepto más general de golosinas, les recomiendo algunos libros para tener en la biblioteca:

- Sugar Confectionery Manufacture (E.B Jackson, 1995)
- The Science of Sugar Confectionery (W.P. Edwards, 2001)
- Sucrose, Properties and Applications (M. Mathlouthi and P. Reiser, 1994)
- Sugar: User's Guide To Sucrose (Neil L. Pennington and Charles W. Baker, 1990)
- Glucose Syrups: Science and Technology (S.Z. Dziedzic and M. W. Kearsley, 1984)

Pronto, ya podré pasarles los links de publicaciones propias referidos a estudios sobre estos temas..

Análisis de Textura: Puncture test

El Puncture test mide la fuerza requerida para empujar un pistón dentro de un alimento.
Este test esta caracterizado por:
- El instrumento empleado en la medición
- La penetración del pistón en el alimento, causando rotura o fluidez irreversible del alimento
- La profundidad de penetración (normalmente constante).

Este tipo particular de análisis de textura cobra importancia cuando se quiere determinar cómo resulta la evolución de la fuerza registrada en función de la distancia o el tiempo.
Sin embargo, las curvas también muestran puntos interesantes como Yield point, que es, justamente, el instante cuando el pistón comienza a penetrar en el alimento causando rotura o fluidez irreversible del mismo.
Existen varios tipos de curvas que pueden obtenerse, básicamente en función del alimento estudiado.

Cuando se trabaja con este tipo de test es importante reconocer que existe compresión del alimento debajo del pistón (proporcional al area del pistón) y esfuerzo de corte alrededor del extremos del pistón, que es proporcional al perímetro del mismo. Así, reconocemos que existen dos tipos de fuerzas, sobre todo importantes cuando el alimento en estudio resulta mayor en superficie que el area de contacto del pistón.

Es indudable entonces destacar que la geometría del alimento a medir cobra mucha importancia, a partir de la cual, distintos factores (diámetros, espesores, perímetros, áreas, etc) serán más o menos relevantes, según la geometría con la que se trabaje.

Para el caso de análisis de Gomitas, el test de penetración que recomiendo emplear debería ser realizado con un equipo TAXTII-plus (Stable microsystems), o similar, con piston P/3 en base plana perforada. Este tipo de análisis nos permitirá trabajar con una "gemoetría semi-infinita", en donde no existen efectos de borde ni de espesor de la muestra en la fuerza medida. Es importante tener en cuenta que cuando trabajamos con este tipo de muestras, el espesor es en general pequeño, y por caso, si empleáramos una base sólida, tendríamos un riesgo importante de comprimir la goma contra el plato, convirtiéndose nuestro test en una combinación de penetración y compresión o pura compresión.
Un punto importante a tener en cuenta en la selección del pistón y la base es la relación de diámetros. Lo ideal es tener una relación 3:1 entre el diámetro de la base y el del pistón.

Con este tipo de análisis, y mediante entrenamiento en la lectura e interpretación de las curvas, podremos determinar características como: Hardness, Tackiness, Adhesiveness, Positive Work, Cohesiveness.

Les recomiendo leer "Food and Texture Viscosity, concept and Measurement", Malcolm Bourne, Cap 4.

Gomitas....¿sin azúcar?

Las gomitas son productos que se caracterizan por el alto contenido de azúcar, y de ahí, su contenido calórico importante.
Sin embargo, y acompañando las tendencias de los últimos años, he tenido la posibilidad de desarrollar gomitas sin azúcar. Esto resulta muy interesante para el mercado de adultos y/o personas imposibilitadas de consumir azúcar y derivados.
Al igual que para caramelos duros, lo más recomendable es emplear polialcoholes. Pueden ser usados individualmente, aunque mi recomendación es combinarlos, sobre todo para lograr un perfil de sabor (dulzor) adecuado.
Consejo: Una combinación de Sorbitol y Maltitol suele ser muy útil. También puede agregarse Xylitol a la mezcla.
Los aspectos importantes a tener en cuenta son los sólidos a los que una pastilla de goma de este tipo debe llegar y la higroscopicidad del producto. No se debe olvidar que los polialcoholes son productos muy higroscópicos, por lo que se debe tener precaución incluso con la humedad y temperatura del almidón de secado.

Marshmallows: Cómo elegir los Jarabes de Glucosa a emplear

Existen muchas posibilidades en cuanto a la elección del Jarabe de Glucosa a emplear. Para esto, lo mejor es hacer algunos comentarios de estos jarabes antes de pasar a cuál de ellos debemos elegir.
Como es sabido, los jarabes de glucosa son productos derivados del almidón, obtenidos a través de hidrólisis parciales de almidones. Esta hidrólisis puede ser ácida o enzimática, o una combinación de estas, lo que llevará a tener distintos grados de hidrólisis (distintos niveles de Dextrosa Equivalente, DE) y diferentes perfiles de azúcares.
Tanto en formulaciones de Marshmallows extrudados como depositados, el jarabe de glucosa es un ingrediente fundamental de la fórmula. En el caso de aquellos extrudados es en donde encontramos mayor cantidad de posibilidades en el uso de jarabes.
El caso más normal es emplear Jarabe de 42DE, de conversión ácida ó ácida/enzimática. En general la proporción de Jarabe / Azúcar blanca es 1:2, dado que es necesario de los sólidos de sacarosa para estabilizar la espuma.
Si se quiere aumentar un poco el dulzor del producto final, puede combinarse el jarabe de 42DE con otros jarabes (63DE) o con dextrosa en polvo. Debe tenerse presente además que la higroscopicidad del malvavisco aumentará, lo que puede traer algunos inconvenientes durante la vida útil del producto si no se trata con cuidado.
Lo importante es tener un correcto balance de azúcares, sólidos post-cocción adecuados y un manejo del producto terminado acorde, para no hechar a perder todo el análisis realizado durante la formulación.
Existen muchos aspectos acerca de los tipos de jarabe a emplear (sean de Glucosa, Alta Maltosa o Alta Fructosa), lo cuales deben ser analizados con cuidado y para cada caso en particular.