Use of amaranth, quinoa, kañiwa and lupine for the development of gluten-free extruded snacks

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1657-4
Title: Use of amaranth, quinoa, kañiwa and lupine for the development of gluten-free extruded snacks
Author: Ramos Diaz, Jose Martin
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences, General Food Technology
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2015-10-30
Belongs to series: EKT-series 1719 - URN:ISSN:0355-1180
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1657-4
http://hdl.handle.net/10138/157282
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Amaranth (Amaranthus caudatus), quinoa (Chenopodium quinoa) and kañiwa (Chenopodium pallidicaule) have been cultivated in the Andean region of South America since Pre-Hispanic times. They are regarded as formidable nutritious alternatives due their high content of protein (rich in lysine), dietary fibre and bioactive compounds such as tocopherols, phenolic compounds and folate. Despite this, the academic research conducted on their utilisation for human consumption is relatively low. Conversely, lupine (Lupinus angustifolius) is a well-known legume used for animal feed in most of the Nordic countries. The aim of this research was to incorporate amaranth, quinoa, kañiwa and lupine to corn-based snacks, and study their physical, chemical and sensory properties. A co-rotating twin screw extruder was used to obtain corn-based extrudates containing amaranth, quinoa, kañiwa and lupine. In preliminary studies (incorporation up to 20% of solids), Box-Behnken experimental design with three predictors was used: water content of mixture (WCM, 15-19%), screw speed (SS, 200-500 rpm) and temperature of the die (TEM, 150-170 °C). Subsequent studies were conducted using partial least squares regression (PLSR) and L-partial least squares regression (L-PLSR) with nine predictors: Grain type, grain content (20-50% of solids), temperature of die (140-160 °C), screw speed (200-500 rpm), water content of mixture (WCM, 14-18%) as well as contents of protein, ash, fibre and sum content of main fatty acids of blend. In general, WCM and screw speed had the greatest importance for response variables such as torque and pressure at the die during extrusion, sectional expansion index (SEI), stiffness and water content of extrudate; the content of protein and dietary fibre in the blend was particularly relevant during the extrusion of extrudates containing kañiwa and lupine. Regarding the most expanded extrudates, those containing 20, 35 and 50% amaranth, quinoa or kañiwa presented comparable SEIs and stiffness while those containing above 20% lupine suffered from structural collapse. Extrusion reduced the content of fatty acids and tocopherols in the solids but it had a slight effect on the content of total phenolic compounds and folate. In sensory studies, extrudates with higher contents of amaranth, quinoa and kañiwa were rated less crispy, less crunchy and less adhesive with less hard particles. Temporal analysis showed that with increasing contents of amaranth, quinoa and kañiwa, crispiness and crunchiness became the most dominant attributes during mastication while the dominance of roughness reduced considerably. Porosity and wall thickness, measured by X-ray microtomography, were linked to the perception of crispiness and crunchiness, respectively. In storage, whole extrudates containing 20% amaranth, quinoa or kañiwa and exposed to RH of 76% presented the lowest formation of hexanal compared to milled extrudates exposed to RH of 11%. This study showed that expanded corn-based extrudates containing up to 50% amaranth, quinoa and kañiwa and at most 20% lupine of solids can maintain key mechanical and textural properties as well as added nutritional value. This study applied successfully PLSR and L-PLSR modelling techniques to study the incorporation of amaranth, quinoa, kañiwa and lupine to corn-based snacks. This research has expanded the knowledge linked to the development of gluten-free extrudates with added nutritional value.Amarantti, kvinoa ja kanihua (engl. kañiwa) ovat Etelä- ja Keski-Amerikassa viljeltyjä, viljan tapaisia kasveja, joiden siemenet ovat gluteenittomia. Lupiini on palkokasvi, jonka siemenet ovat myös gluteenittomia ja jota viljellään eri puolilla maailmaa, Suomesta Australiaan, koska se on lupaava proteiinilähde. Siementen kemiallista koostumusta on tutkittu useita vuosia, mutta niiden teknologisia ja aistinvaraisia ominaisuuksia on tutkittu vähemmän. Tässä väitöskirjatutkimuksessa valmistettiin amarantilla, kvinoalla, kanihualla ja lupiinilla täydennettyjä maissipohjaisia snack-tuotteita kaksiruuviekstruuderilla. Työssä tutkittiin koostumuksen ja ekstruusio-olosuhteiden vaikutusta snack-tuotteiden fysikaalisiin, kemiallisiin ja aistittaviin ominaisuuksiin, ja tulokset analysoitiin käyttämällä uudentyyppisiä tilastollisia menetelmiä. Tutkimuksessa havaittiin, että jopa 50 % amaranttia, kvinoaa ja kanihuaa sisältävät tuotteet olivat huokoisia ja rapeita. Sen sijaan lupiinia sisältävien snack-tuotteiden rakenne koveni ja huokoisuus väheni voimakkaasti yli 20 %:n pitoisuuksissa. Ekstruusio vähensi rasvahappojen ja tokoferolien pitoisuuksia, mutta sillä oli vain vähän vaikutusta fenolisten yhdisteiden ja folaatin pitoisuuksiin. Tämä tutkimus osoitti, että amarantti, kvinoa ja kanihua parantavat maissipohjaisten snack-tuotteiden ravintoarvoa sekä auttavat saavuttamaan ja ylläpitämään haluttuja teknologisia ja aistinvaraisia ominaisuuksia, kuten ekstruusiotuotteen laajentumista ja rapeutta, sekä ehkäisemään ei-toivottuja ominaisuuksia, kuten liiallista rakenteen kovuutta ja karkeutta. Erityisesti aliarvostettu kanihua toimi yllättävän hyvin maissipohjaisessa snack-tuotteessa, ja se on elintarviketeknologisesta ja -teollisesta näkökulmasta lupaava raaka-aine, vaikkakin sen lisääminen vaikutti tuotteen makuun. Tällaisten tuotteiden kehittämisessä on kuitenkin tärkeämpää saavuttaa halutut rakenneominaisuudet, koska niiden makuun voidaan vaikuttaa esimerkiksi pinnoitteiden ja mausteiden avulla.
Subject: general Food Technology
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
useofama.pdf 2.832Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record