En esta entrada vamos a hablar de los cambios de color que se producen en el horneado, o cualquier otro tratamiento térmico. En un principio las partes internas de los productos no superan los 100ºC, y en este caso apenas se producen cambios en el color. Por lo que el color de estas partes estará influenciado por el color de los ingredientes utilizados en la formulación, pero este no cambiará significativamente en el horneado. Esto ocurre en todos aquellos productos con una parte interna que sigue húmeda en el producto final, como un pan, o un bizcocho, pero no en el caso de productos completamente secos, como las galletas. Mientras haya una cierta humedad el calor se consume en el proceso de evaporación del agua, que no supera los 100ºC. Pero si algo se seca completamente el calor conseguirá continuar elevando la temperatura por encima de los 100ºC

Las dos principales reacciones que modifican el color de los alimentos, cuando incrementamos la temperatura, son la reacción de Maillard y la caramelización de azúcares. En los productos a base de cereales se suelen producir ambas. Vamos a ver qué factores influyen en cada una de estas reacciones, como podemos incrementarlas o reducirlas, y tanto las ventajas como sus posibles inconvenientes.

Reacción de Maillard

Esta es una de las reacciones más famosas en el mundo de la alimentación, y de las más complejas. No vamos a entrar aquí en una descripción química de esta reacción, que podéis encontrar en otras fuentes, pero intentaremos aclarar los aspectos más importantes. Para que se produzca esta reacción es necesaria la presencia de azúcares reductores y aminoácidos, pero también una cierta temperatura. Aunque la reacción se puede dar a temperaturas más bajas, las temperaturas óptimas para que esta reacción se produzca están en torno a los 140ºC. Y aunque es una reacción muy compleja, y se generan multitud de compuestos, podemos decir que se generan productos químicos con un color oscuro, que ayudan a generar el color tostado, o marrón, típico de las cortezas o partes externas de algunos alimentos. Pero también se generan multitud de sustancias aromáticas, que como veremos pueden ser positivas o negativas. Por último, hay que destacar que esta reacción también es la causante de la famosa acrilamida, algo que debemos minimizar por sus efectos negativos sobre la salud, y que ya hemos tratado en el blog.

Los productos en los que se produce esta reacción son muy variados, pero además de los productos a base de cereales es muy típico el estudio de esta en el tostado de los productos cárnicos, en el tostado del café, o en la fritura de patatas. Por su parte, el color del famoso dulce de leche también está relacionado con la reacción de Maillard. Como hemos dicho, siempre que coexistan aminoácidos y azúcares reductores, y se alcance una cierta temperatura, se producirá esta reacción.

Ya hemos visto que la temperatura óptima para que se produzca esta reacción es superior a la de evaporación del agua. Por tanto, no se producirá en aquellos productos con cierta humedad, ya que en ellos el color se invierte en evaporar el agua, antes de seguir subiendo la temperatura. En algunos productos húmedos si que se puede producir la reacción de Maillard, a temperaturas más bajas de los 100ºC, aunque de manera mucho más lenta, no solo por las bajas temperaturas sino también por la presencia de agua, ya que en la reacción de Maillard se genera algo de agua, y la presencia de humedad en el ambiente inhibe esta reacción. Por este motivo los panes empiezan a oscurecerse en la segunda mitad del horneado, donde se termina de formar la corteza (completo secado de la parte externa) y se tuesta (coge color) esta zona externa, al incrementarse la temperatura por encima de los 100ºC.

En cuanto a los componentes responsables de la reacción de Maillard, en las harinas coexisten algunos azúcares reductores con aminoácidos, procedentes de las proteínas propias de los cereales. En cuanto a los azúcares, es cierto que en las harinas originales la presencia de azúcares reductores es muy baja, pero estos se suelen originar tras la acción de las amilasas sobre el almidón dañado. Por tanto, el número final de azúcares reductores dependerá de la cantidad de almidón dañado, de la combinación de amilasas (alfa y beta) y del tiempo en el que el almidón dañado y las amilasas estén en contacto, además del pH de las masas, que puede ser más cercano o alejado del óptimo para las amilasas. Para incrementar la cantidad de azúcares reductores se pueden incorporar algunas amilasas específicas, como las glucoamilasas, que generan glucosa, a diferencia de las beta-amilasas que generan maltosa. Las fermentaciones largas, o la presencia de masas madre también favorecerán la presencia de azúcares reductores. En la elaboración de productos sin gluten, normalmente elaborados con almidones (y en menor cantidad harinas sin gluten), no suelen producirse estos azúcares, o lo hacen en menor medida, tanto por la menor cantidad de almidón dañado como por la menor cantidad de amilasas.

La cantidad de azúcares reductores también puede incrementarse por la incorporación de algunos ingredientes en la formulación. Los más obvios son los azúcares simples, como glucosa, fructosa o sacarosa. Pero también aportan este tipo de azúcares aquellos ingredientes ricos en ellos, como miel, distintos jarabes, o concentrados de frutas, por ejemplo. Otra fuente interesante de azúcares reductores es la leche y los productos lácteos, que aportan lactosa. Este azúcar no es fermentable, por lo que se mantiene hasta el momento del horneado, participando en las reacciones de Maillard. Pero la leche, además de azúcares, también aporta aminoácidos, debido a su contenido proteico.

Entre los distintos azúcares, los más efectivos en la reacción de Maillard son los monosacáridos (y entre ellos mejores las pentosas, seguidas de las hexosas), y en menor medida los disacáridos. Las pentosas son menos abundantes en los ingredientes alimentarios, pero las hexosas, como glucosa, fructosa o galactosa, sí que pueden encontrarse en cantidades destacadas. Por ese motivo, será más efectivo el azúcar invertido (mezcla de glucosa y fructosa) que la sacarosa, si queremos potenciar este tipo de reacciones. En el caso de la presencia de leche, también puede incrementar la reacción la presencia de lactasa, capaz de hidrolizar la lactosa en glucosa y galactosa.

En cuanto a los aminoácidos, su presencia dependerá del contenido proteico y de la hidrolisis de estas proteínas. Siempre que hay proteínas, como en el caso de las harinas de cereales, se puede producir la reacción de Maillard. Pero esta se puede incrementar a medida que ciertas proteasas las hidrolizan. Por ese motivo las largas fermentaciones, o la presencia de masas madre, pueden potenciar las reacciones de Maillard, además de por su efecto en el contenido de azúcares. No suele ser conveniente incorporar proteasas, especialmente en los productos que dependen de la formación de la red de gluten, como panes, ya que estas podrían alterar la funcionalidad del gluten. En la elaboración de productos sin gluten, la sustitución de harinas de trigo por mezclas de almidones y harinas de cereales sin gluten como el arroz o el maíz, con bajo contenido proteico, reduce de manera importante la cantidad de proteínas en la masa, y por tanto las reacciones de Maillard en el horneado.

Pero, al igual que ocurre con los azúcares, el tipo de aminoácidos influye en los componentes generados en la reacción de Maillard, y por tanto en el color final de los productos, en el aroma, y en los componentes perjudiciales que se pueden generar. Así, cuanto mayor contenido de asparagina mayor será la generación de acrilamida. De hecho, se utilizan proteasas especificas (asparaginasas) para reducir este contenido. Pero también se pueden utilizar variedades de trigo con un menor contenido en este aminoácido.

Algunos ingredientes también pueden aportar proteínas que ayuden en las reacciones de Maillard. Uno de los más efectivos son los aislados o concentrados de proteínas lácteas (o el uso de leche en polvo), ya que ayudan a generar colores algo más rojizos y brillantes, algo más atractivos. La albumina de huevo también puede ayudar a mejorar el color de los productos, pero un exceso de albumina puede generar texturas excesivamente duras, por lo que suele adicionarse en pequeñas cantidades, o en la parte externa de las masas antes del horneado, mediante pintado o esprayado. Si no quiere recurrirse a proteínas de origen animal se pueden incorporar proteínas vegetales, como soja o guisante. En estos casos hay que tener en cuenta la mayor cantidad de absorción de agua de estas proteínas frente a las harinas. Y en el caso de productos en los que se forme la red de gluten, y esta tenga un papel esencial, su posible dilución. También sería posible la incorporación de aminoácidos o péptidos, incluso de algunos aminoácidos específicos, para buscar resultados más concretos, pero estas soluciones suelen ser algo más costosas. La adición de proteínas externas es habitual en el desarrollo de productos sin gluten, para compensar su menor contenido proteico.

Un último factor de gran importancia, y posiblemente menos conocido, en las reacciones de Maillard, es el pH de la masa. Así cuanto mayor sea el pH (más básico o alcalino) más se potenciarán este tipo de reacciones, y por tanto el color final de la parte externa, y el contenido de acrilamida. Para ver esto en un ejemplo podemos pensar en los pretzels, que se tratan previamente por su parte externa con una solución alcalina. Como resultado el color final de estos productos es mucho más oscuro. Por otra parte, las masas con masa madre y lentas fermentaciones, y con un pH más reducido, presentan un color menos brillante, más mate, y un menor contenido en acrilamida. Curiosamente estas masas también presentan colores oscuros, debido a la acción enzimática y a su mayor presencia de azúcares reductores y aminoácidos. Pero introduciendo ácidos o bases en las formulaciones, o dando baños con soluciones de este tipo por la parte externa de las piezas, puede ayudarnos a regular el color final de estos productos.

También hay que comentar que la fritura suele potenciar más este tipo de reacciones que el horneado, ya que el aceite en contacto con la parte externa de las piezas permite incrementar muy rápidamente la temperatura de las masas. De hecho, si bañamos un producto con aceite en la parte externa, antes del horneado, se consiguen colores más oscuros. Esto se debe que al contacto con el calor del horno el aceite incrementa su temperatura rápidamente, a diferencia de como lo hace la masa que contiene humedad, y que debe evaporar esta humedad antes de seguir subiendo de temperatura. Una forma sencilla de ver este efecto consiste en tostar una rebanada de pan en una sartén, y comparar el color final si esta se pinta con aceite o no se hace.

Hemos comentado que las reacciones de Maillard también afectan al aroma de los panes (y de las panaderías). Estas reacciones generan multitud de compuestos aromáticos, como pirazinas, pirroles o furanos. Muchos de ellos se liberan en el horneado, y son los responsables del típico aroma propio de los obradores cuando se hornea el pan. Este aroma se ha intentado “copiar” o imitar por algunas empresas de aromas, para conseguir así un efecto similar en puntos de venta donde no se hornea el pan, de manera que recuerden a los obradores. Algunas de estas sustancias aromáticas permanecen en los panes, y son las responsables del aroma y sabor del pan final, al menos en parte. Sería muy complicado entrar en detalle en las reacciones que se producen y en los distintos compuestos aromáticos. Pero podemos quedarnos con dos ideas básicas. Por una parte, la cantidad, y el tipo, de azúcares reductores y proteínas, influirá en este aroma final. Por otra, las temperaturas cercanas a los 140-150ºC generan aromas agradables, pero una temperatura excesiva, o un tiempo demasiado prolongado generan aromas desagradables, perjudiciales para la calidad del producto final. Este “exceso” de horneado se puede identificar por colores excesivamente oscuros, que también indican una mayor presencia de acrilamida.

En el caso de los productos sin gluten, donde los aromas generados en este proceso no son los mismos que en los productos elaborados con trigo, por las distintas proteínas presentes, también se ha intentado imitar el aroma propio de los panes de trigo, sin mucho éxito. Pero hay que tener en cuenta que en estos productos el aroma del interior, más dependiente de las materias primas, es casi más importante que el aroma de la corteza o parte externa.

Caramelización

Los azúcares sufren un proceso llamado caramelización cuando se calientan. En este proceso su color se oscurece y se generan aromas agradables. De hecho, a partir de un azúcar, tras calentamiento, se obtiene lo que se conoce como caramelo, que puede llegar a tener un color casi negro, y se utiliza en la industria alimentaria. Por tanto, la parte externa de un producto puede oscurecerse sin la presencia de aminoácidos o proteínas.

Cada azúcar empieza a caramelizarse a una temperatura determinada. Así la fructosa lo hace a los 110ºC, la glucosa, galactosa y sacarosa entorno a los 160ºC, y la maltosa a los 180ºC, aproximadamente. Por tanto, en una masa panaria, donde predomina la maltosa, o la sacarosa si se ha introducido como ingrediente, la caramelización comenzará después de las reacciones de Maillard en el proceso de horneado. Pero será la principal fuente de oscurecimiento de una corteza si no hay presencia de proteínas. Y, obviamente, estos procesos solo se producirán en la parte externa, ya que el interior de panes o bizcochos no supera los 100ºC, al permanecer húmedo.

La caramelización, como las reacciones de Maillard, es una reacción muy compleja, en la que se producen multitud de compuestas, y como en el caso de Maillard también existe una influencia del pH del medio. Así con un pH ácido la caramelización empieza antes y trascurre de manera más acelerada. Por tanto, este proceso será mayor en panes con masas madre y largas fermentaciones. Lo que sí que es importante es saber que a medida que avanza la reacción se van generando colores amarillentos, que pasan a pardos y pueden llegar a negros, y sabores que en los primeros estadios son muy agradables, pero en los últimos llegan a ser desagradables, generando amargor en el producto final.

Para ampliar información sobre estos temas se pueden consultar los siguientes artículos científicos:

Para el color del pan y otros productos horneados

Browning development in bakery products – A review

Para el aroma

Wheat bread aroma compounds in crumb and crust: A review

Para la reacción de Maillard

How Maillard Reaction Influences Sensorial Properties (Color, Flavor and Texture) of Food Products?

También os dejo una imagen que resume la reacción de Maillard

A GUIDE TO THE MAILLARD REACTION