En el horneado de los panes y otros productos ocurren múltiples fenómenos, tanto químicos, como físicos y biológicos, que es bueno conocer y comprender.
Tipos de calentamiento
En el horneado de las piezas se produce la transmisión de calor por tres vías diferentes. El predominio de una u otra dependerá del tipo de horno y su regulación. La primera vía es la radiación. La transmisión de calor por radiación se basa en un flujo del calor a distancia, de la misma manera que si nos acercamos a un radiador sin tocarlo sentimos el calor. Esta transmisión es la predominante en los hornos abovedados, donde las paredes se calientan previamente y transmiten el calor hacia el interior. El calor también se puede transmitir por conducción, lo que ocurre cuando la fuente de calor está en contacto con la pieza, como ocurre entre el suelo del horno calefactado y la base de las piezas. La transmisión del calor por conducción también se produce en la misma pieza de pan, desde el exterior, más caliente, al interior, más frío. Este tipo de calentamiento suele ser muy importante en los hornos de pisos, pero también se produce en otros tipos de hornos. En estos tipos de hornos puede regularse de forma diferente el calor que proporciona el suelo y el de la parte superior. Un último tipo de calentamiento es el que se produce por convección. Este se basa en establecer corrientes de aire que mueven el calor por el interior del horno. Es el proceso que predomina en los hornos de bandejas o carros. Por ese motivo es necesario que las bandejas tengan orificios, para que permitan establecer esas corrientes de aire por todo el horno. Las bandejas sin orificios dificultarían el movimiento del aire y por tanto la transmisión de calor.
Si bien en cada tipo de horno predomina un tipo de transmisión de calor, en todos coexisten los diferentes tipos de transmisión. Así en los abovedados, donde la radiación suele ser más importante, también se produce conducción desde el suelo a las piezas y algo de convección, ya que también se establecen ligeras corrientes de aire. En los hornos de pisos y de carros, las paredes calientes también irradian calor. Y mientras en los hornos de pisos se establecen corrientes de aire (convección), en algunos casos ayudados por la presencia de ventiladores, en los de carros o bandejas también se produce transmisión por conducción entre las bandejas y las piezas.
Temperaturas de horneado
Las piezas entran en el horno a una temperatura variable, dependiendo de la temperatura a la que se haya realizado la fermentación. El horno se encuentra a temperaturas cercanas a los 200ºC, por lo que la parte externa de las piezas estará en contacto con esta atmósfera desde su introducción en el horno. El calor tiene que ir penetrando en el interior de las piezas hasta alcanzar la zona central. Es decir, la parte externa de las piezas incrementará su temperatura mucho más rápidamente que las zonas interiores. Por eso, cuando se hornean piezas de mayor tamaño, o más redondeadas, es conveniente hornear a menores temperaturas, ya que las zonas centrales, a mayor distancia del exterior, tardarán más en calentarse. Si utilizamos en estos casos temperaturas muy altas, al ser necesarios mayores tiempos de horneado, las zonas exteriores se hornearían en exceso. Quedarían más “quemadas”, con colores más oscuros, sabores más amargos, y mayor cantidad de acrilamida.
Enzimas
En general las enzimas presentes en la masa tienen una temperatura de inactivación alta, pero no tan alta como para que no se puedan inactivar en el horneado. La totalidad de la pieza suele alcanzar los 100ºC, como veremos, durante un mínimo de tiempo, suficiente para la inactivación enzimática. La temperatura a la que se inactiva cada enzima dependerá del tipo y su origen. Es importante no utilizar enzimas muy termorresistentes, ya que podrían resistir al proceso de horneado y actuar sobre el producto final, degradando el mismo.
Las amilasas son de vital importancia entre las enzimas que actúan durante el horneado. Mientras exista almidón dañado, estas enzimas actuarán sobre el almidón generando dextrinas y maltosa, azúcar fermentable. Y por tanto seguirán generando nutrientes para la acción de las levaduras. En general las temperaturas óptimas de acción de estas enzimas suelen ser más altas que las que se encuentran en la fase de amasado y fermentación, por lo que en las primeras fases del horneado se encuentran con su temperatura óptima de actuación, facilitando la acción de las levaduras. Como veremos, al subir la temperatura el almidón comenzará a gelatinizar. En este proceso el almidón que no estaba dañado pasa a ser accesible para la acción de las amilasas. Por tanto, si la temperatura de inactivación de las amilasas es inferior a la de gelatinización, estas no degradarán el almidón gelatinizado. Pero existen amilasas con una temperatura de inactivación superior a la de gelatinización del almidón, y estas podrán degradar parte del almidón gelatinizado, mientras se alcanza su temperatura de inactivación. Hay que recordar que todas las enzimas deben inactivarse en el horneado. Esta es la base del empleo de amilasas de termoestabilidad intermedia, que consiguen degradar parte del almidón gelatinizado, minimizando las reacciones de retrogradación en el almacenamiento, y por tanto reduciendo el endurecimiento de los panes por este motivo.
Levaduras
Las levaduras panaderas tienen un óptimo de actuación en torno a 40ºC. Normalmente la fermentación panadera se realiza a temperaturas algo más bajas, para potenciar otros procesos y mejorar el sabor y conservación de los panes. Por tanto, cuando las piezas se incorporan en el horno, y la temperatura vaya incrementándose progresivamente, las levaduras alcanzarán su óptimo. Y mientras haya azúcares fermentables seguirán ejerciendo su función, y generando CO2, que, si la masa está en condiciones, seguirá reteniéndose e incrementando el volumen de las piezas.
A medida que continúa incrementándose la temperatura nos alejaremos del óptimo para la acción de las levaduras, y su actividad se irá reduciendo hasta que se alcancen las temperaturas letales para estos microorganismos (a partir de los 50ºC). En este punto se detiene su actividad fermentativa. Por ese motivo las piezas que se introducen a menor temperatura tienen una mayor fase de expansión en el horno que las que lo hacen a temperaturas más altas, que pueden llegar a los 40ºC.
Alcohol
El alcohol producido en la fermentación, mayoritariamente alcohol etílico, tiene una temperatura de evaporación inferior a la del agua. Por tanto, cuando se alcanza esta temperatura (unos 70ºC) se detiene el calentamiento, y la energía calorífica se consume en el proceso de evaporación del alcohol. Una vez el alcohol se ha evaporado continúa el calentamiento de la masa. La cantidad de alcohol es muy pequeña, comparada con la cantidad de agua, y este proceso es relativamente rápido. Pero lo importante es saber que en el pan final no queda nada de alcohol, a pesar de que se produzca en la fermentación, ya que se ha evaporado durante el horneado.
Impulsores
Los impulsores, esencialmente consisten en una mezcla de sustancias básicas (principalmente bicarbonato sódico) y ácidas que reaccionan al calentarse. La temperatura de reacción dependerá de la disociación del ácido, pero en general están formulados para que esta reacción se produzca a temperatura elevadas y, por tanto, durante el horneado.
En la mayoría de las elaboraciones de pan no se incorporan este tipo de sustancias. Sin embargo, en algunos panes de trigo, como el pan de soda, y en algunos panes sin gluten, sí que es una práctica habitual ayudarse con este tipo de generación de gas para obtener piezas con un volumen adecuado. También es normal el uso de impulsores en otros productos como bizcochos o algunos tipos de galletas.
Si usamos impulsores lo más importante es conseguir que estos generen el gas cuando la masa pueda retenerlo y expandirse. Así la generación del gas cuando el almidón ha gelatinizado, y las piezas son rígidas, podría tener consecuencias negativas, por una fuerza (presión) excesiva desde el interior que rompería las piezas. Dependiendo del nivel de impulsor esto podría ser más o menos perjudicial. El incremento del volumen de las piezas mediante la fermentación tiene otras ventajas, a mayores que el incremento del volumen de las piezas, que no se producen cuando se utilizan impulsores para este objetivo. Y además, el uso de impulsores supone la utilización de sustancias consideradas como aditivos, y menos admitidas por algunos consumidores.
Expansión
Además de la acción de las levaduras, o de los impulsores, hay otros fenómenos que pueden contribuir a la expansión de las piezas durante el horneado. Todos los gases ocupan un mayor volumen cuando se calientan (tienden a expandirse y ejercen presión sobre el medio). En el interior del pan hay una gran cantidad de CO2, formado durante la fermentación. Por tanto, al calentarse la pieza estas burbujas de CO2 tienden a expandirse e incrementar el volumen de los panes. Este tipo de expansión, ocasionada por el incremento de la temperatura de los gases ocluidos en las masas, es especialmente importante en los bizcochos tipo espuma. De hecho, existen bizcochos que no requieren del uso de levaduras ni impulsores, y consiguen una gran expansión durante el horneado.
Corteza
Al introducir la pieza en el horno, la parte exterior incrementa la temperatura rápidamente, al estar en contacto con zonas (suelo o aire) que están a una temperatura cercana a los 200ºC. Cuando esta zona exterior llega a los 100ºC el calor se invierte en evaporar el agua presente, parando la subida de temperatura. En ese punto, al evaporarse agua, parte de la humedad del interior va saliendo hacia las partes externas, para igualar la humedad en el interior de las piezas. Si este proceso se hiciera a temperaturas muy bajas, cercanas a los 100ºC este tránsito sería constante y conseguiríamos secar toda la pieza, sin que se observaran grandes diferencias entre el interior y el exterior. Sin embargo, en el horneado del pan, la evaporación del agua de la parte externa es más rápida que la llegada de humedad del interior hacia el exterior. La consecuencia es la formación de una corteza, más seca, en la zona externa. Una vez formada la corteza, el paso de humedad del interior al exterior se minimiza, y la temperatura de esta zona continúa incrementándose, hasta llegar a un punto donde comienzan a producirse las reacciones Maillard y caramelización de azúcares, responsables del color final de las piezas.
Las reacciones de Maillard, aunque comienzan a temperaturas mucho más bajas, no suelen hacerse visibles hasta los 130ºC, aproximadamente. Estas reacciones, simplificando mucho, se producen entre aminoácidos (los componentes de las proteínas) y azúcares reductores. Así los monosacáridos (glucosa o fructosa, entre otros) y los disacáridos (sacarosa o maltosa, entre otros) tienen un mayor poder reactivo que otros azúcares más complejos. En la masa solemos tener maltosa y, en mucha menor proporción, glucosa, ambas generadas por la hidrólisis del almidón por la acción de las amilasas. También podemos tener sacarosa, u otros azúcares, si han sido adicionados. Como la harina de trigo también tiene proteínas, fuente de aminoácidos, tenemos todos los ingredientes para que se produzcan estas reacciones, que generan compuestos con tonalidades marrones. Los colores generados dependerán del tipo de aminoácido, del tipo de azúcar y del pH del medio, entre otros factores. Así la lactosa, propia de las masas en las que se ha añadido leche, suele generar unos tonos más rojizos. Y las masas con un pH alcalino, como las de los pretzel, tienen unas coloraciones muy diferentes, más oscuras y brillantes. Estas reacciones son las responsables de la formación de acrilamida, de la que hablaremos en otro capítulo.
Las reacciones de caramelización de azúcares se producen a diferentes temperaturas dependiendo del tipo de azúcar y de las condiciones del medio. Pero en el caso de los azúcares presentes en las masas panaderas esta se produce entre los 160 y 180ºC. Como es bien conocido, los azúcares cuando se caramelizan tienden a oscurecerse y adquirir tonos entre marrones y negros.
La combinación de reacciones de Maillard y caramelización genera el color final de la corteza. Estas reacciones también aportan sabor y los aromas típicos de la corteza. El color del exterior de los panes durante el horneado suele marcar el final de este. Si el horneado se prolonga más de lo debido, el pan adquiere tonos más oscuros, que también llevan asociados sabores más amargos y un mayor contenido en acrilamida, ambos negativos.
Miga
A diferencia de lo que ocurre en la parte externa de las piezas, en la interna el calentamiento es más lento, y será algo más lento en la parte central, ya que el calor debe penetrar. Al incrementarse la temperatura, como en la mayoría de los materiales, se disminuye ligeramente la viscosidad y consistencia de las masas, lo que puede facilitar la expansión. Pero si la masa no tiene una consistencia mínima también puede caer o aplanarse. Cuando se alcanza la temperatura de gelatinización el almidón se hincha y rompe formando una masa más o menos homogénea, e incrementando la viscosidad del medio, generando estructuras más rígidas y menos flexibles. A partir de este momento la masa no puede expandirse y termina el incremento de volumen de las piezas en el horneado. Sin embargo, todavía pueden existir procesos que incrementen la presión por expandir las piezas. Si esto ocurre las piezas tienden a romperse de manera irregular, normalmente por un lateral. Por ese motivo se realizan cortes sobre las piezas de algunos tipos de panes antes del horneado, para que rompan, o se abran, por esos cortes previos y la forma final sea más agradable. La temperatura de gelatinización dependerá del tipo de harina (cada almidón tiene una temperatura distinta de gelatinización) y de las condiciones del medio, pero, en general, en los panes de trigo está en torno a los 70ºC.
A partir del momento en que se produce la gelatinización podemos parar el horneado, y refrigerar o congelar las masas. Al ser más rígidas las masas pueden manipularse, y terminar el horneado posteriormente. Antes de la gelatinización las masas son muy blandas e imposibles de manipular sin romperlas. Hay que tener en cuenta que, al no haber terminado el proceso de horneado, las masas tienen una mayor humedad, y por tanto un alto riesgo de deterioro microbiano. Por este motivo es más habitual congelar este tipo de piezas.
Hay que destacar que para que se produzca la gelatinización del almidón es necesario calor y humedad. Este es el motivo por el que en la corteza apenas se produce este fenómeno. Si bien se alcanza la temperatura de gelatinización de los almidones, esta sube rápidamente, evaporando el agua presente en esta zona de las piezas, y evitando que continúe la gelatinización. Así las imágenes al microscopio electrónico muestran una estructura de la miga con los gránulos de almidón completamente rotos, mientras que en la corteza se siguen distinguiendo los gránulos de almidón, que no han llegado a romperse.
Tras la gelatinización de los almidones, la temperatura de la masa sigue subiendo hasta alcanzar los 100ºC, temperatura de evaporación del agua. En este momento la energía calorífica se destina a este proceso de evaporación, sin que siga subiendo la temperatura de la miga. Esta evaporación no es muy efectiva, y l amiga de los panes sigue siendo húmeda en el producto final, lo que nos indica que esta no llega a superar los 100ºC en el proceso de horneado. Por este motivo no se producen las reacciones de Maillard o caramelización, y la miga sigue siendo blanquecina, o del color que le hayan aportado los distintos ingredientes.
Vapor en el horneado
Una práctica habitual consiste en inyectar vapor al comienzo del horneado. Hay que tener en cuenta que las piezas se introducen en el horno a la temperatura de fermentación (entre 20 y 40ºC en la mayoría de los casos). Si hay vapor en el horno, este se enfría al contacto con las piezas y condensa sobre ellas, formando una película de agua muy fina. Esta película de agua se volverá a calentar con el calor del horno y se evaporará cuando se alcance la temperatura de evaporación del agua (100ºC). Por tanto, todos los fenómenos de calentamiento de las piezas se retrasarán ligeramente, y, al estar algo más húmedas, las partes externas de las piezas serán algo más flexibles en estas primeras fases.
El resultado de la incorporación de vapor en el horneado suele ser la generación de cortezas más finas, y con un color más brillante. Este proceso también afecta ligeramente a la expansión de los cortes de las piezas. Y parece que incrementa ligeramente el volumen del pan, al mejorar la expansión, aunque este efecto no es tan evidente. Si no se aplica vapor, las piezas suelen generar cortezas más gruesas y con colores más mate. Por tanto, la aplicación de vapor dependerá de los resultados que queramos obtener.
Tiro del horno
Los hornos suelen tener la posibilidad de abrir o cerrar conductos por los que dejar escapar los gases formados durante el horneado. Esto suele denominarse el tiro del horno, y podemos dejarlo abierto o cerrado. En el interior del horno suele acumularse vapor de agua, que se genera a partir de la humedad de las piezas. Cuando se concentra el vapor de agua alrededor de las piezas, y se carga la atmósfera que rodea a estas, se dificulta la continuidad de este proceso. Para facilitarlo se suele recurrir a la ventilación. Por eso muchos hornos disponen de ventiladores, que alejan el vapor de agua formado de las piezas. Un tiro abierto puede facilitar la salida de este vapor de agua. En un horno completamente estanco (los de panadería no lo son) también se puede incrementar mucho la presión en su interior, a medida que avanza el horneado, dificultando la expansión de las piezas. En ese caso sería conveniente abrir el tiro, para liberar esa presión y facilitar la expansión. Pero como he dicho este efecto no es tan evidente. También hay que considerar que si abrimos el tiro del horno se escapa el calor, y por tanto es más difícil mantener una temperatura alta, y el coste energético puede ser mayor. En definitiva, debemos pensar que la posición del tiro del horno va a afectar a nuestros resultados, y debemos estudiar en cada caso qué nos conviene más.
Rampas de temperatura
Aunque en la mayoría de los hornos de los pequeños obradores solo podemos fijar una temperatura de horneado, en muchos hornos industriales es posible modificar la temperatura en cada fase del horneado. E incluso podemos modificar en cada fase la posición del tiro u otros factores. El horneado lo podemos dividir en tres grandes fases. En la primera se produce la expansión de las piezas. En esta fase todavía actúan las enzimas y levaduras, el almidón no ha gelificado y la corteza no ha empezado a formarse. En esta fase puede ser interesante reducir la temperatura del horno para potenciar este efecto (alargar esta fase). En la fase central del horneado la zona externa de las piezas ya ha alcanzado los 100ºC y se empieza a formar la corteza, y la zona central ha llegado a la temperatura de gelatinización y la pieza se vuelve rígida. Puede ser interesante elevar algo la temperatura si queremos acelerar estos procesos. En la última parte del horneado la parte externa de las piezas alcanza la temperatura apropiada para que se produzcan las reacciones de Maillard y caramelización de los azúcares, la corteza se vuelve marrón y se desarrollan los aromas típicos de la cocción del pan. En esta fase puede ser interesante reducir algo la temperatura para potenciar estos efectos sin el riesgo de que el pan se “queme”. No obstante, para cada elaboración y en función de lo que se persiga, puede ser interesante modificar las temperaturas de alguna otra manera. Lo importante es saber que si disponemos de un horno de estas características podemos jugar con estos parámetros y no limitarnos a una única temperatura de cocción.