Acevedo Gelificacion Fria de Las Proteinas Del Lactosuero

GELIFICACIN FRA DE LAS

PROTENAS DEL LACTOSUERO

Autor:

DIOFANOR ACEVEDO CORREA

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

CARTAGENA COLOMBIA 2010

ACEVEDO CORREA, DIOFANOR GELIFICACIN FRA DE LAS PROTENAS

ReCiTeIA - v.10 n.2 6

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Diofanor Acevedo Correa

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2010 ReCiTeIA.

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Gelificacin fra de las protenas del lactosuero

Diofanor Acevedo Correa

Universidad de Cartagena Colombia

CONTENIDO

Lista de Figuras ............................................................................................................................... 7 Resumen.......................................................................................................................................... 8 1 Introduccin ........................................................................................................................... 8 2 Protenas del lactosuero .......................................................................................................... 9

2.1 -Lactoglobulina. .......................................................................................................................... 12 2.2 -Lactalbumina............................................................................................................................. 13

3 Gelificacin .......................................................................................................................... 14 3.1 Proceso de gelificacin en fro ...................................................................................................... 15 3.2 Formacin de enlaces disulfuro ..................................................................................................... 18 3.3 Dureza del gel ................................................................................................................................ 19 3.4 Carga elctrica neta ....................................................................................................................... 20

4 Conclusiones ........................................................................................................................ 21 5 Referencia bibliogrficas ..................................................................................................... 21

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Lactosuero. 9

Figura 2. Fraccionamiento del Suero del queso. 11 Figura 3. Separacin de -lactoglobulina y lactalbmina. 11 Figura 4. Conversin de la protena globular nativa a una red de protenas de acuerdo a

la gelificacin inducida por calor o en fro. 16 Figura 5. Modificacin de las propiedades de los agregados de las protenas del lactosuero. 17 Figura 6. Modelo para la formacin de puentes disulfuro intermolecular y su papel

durante la gelificacin fra inducida por cidos de protenas de lactosuero precalentadas. 19 Figura 7. Dureza de los agregados que se diferencian en las caractersticas estructurales y qumicas, y de los que se diferencian en las caractersticas estructurales. 20 Figura 8. Dependencia de la turbidez de soluciones de agregados succinilados. 21



Gelificacin fra de las protenas del lactosuero

RESUMEN

El lactosuero es un subproducto que se obtiene durante la fabricacin del queso, contiene

protenas que se emplean en la industria de alimentos por sus propiedades nutricionales,

funcionales y nutracuticas. Dentro de las propiedades funcionales de las protenas del

lactosuero una de gran importancia es la gelificacin y en especial la gelificacin fra, por

ser un mtodo que produce geles a temperatura ambiente. Ocurre en dos etapas: en la

primera las protenas son convertidas en agregados solubles, en la segunda etapa por

variacin del pH se forma el gel. Esto es conocido como gelificacin fra inducida por

cidos.

Las propiedades de los agregados como carga neta, nmero de grupos tioles y tamao de

los agregados influyen en la dureza de los geles y pueden ser controladas para mejorar la

propiedades de textura de los mismos.

Palabras claves: Lactosuero / Gelificacin fra / Protenas

1 INTRODUCCIN

Las protenas del lactosuero son ampliamente utilizadas en la industria de alimentos en

forma de concentrados o de aislado debido a sus propiedades funcionales y nutricionales.

Dentro de las propiedades funcionales una de gran importancia es la gelificacin y en

especial hoy se est investigando la gelificacin en fro por su aplicacin en compuestos

sensibles al calor y la versatilidad para manejar sus propiedades.

La gelificacin de las protenas es considerada como el resultado del desenrrollamiento de

la protena seguida por una alteracin en las interacciones protena protena, cualquier accin que produzca cambios en la conformacin de la estructura nativa de la protena tiene

el potencial de inducir la gelificacin (Foegeding y Hamann, 1992).

La gelificacin de las protenas es usada en muchas aplicaciones industriales. En los

productos alimenticios produce propiedades texturales y sensoriales deseables.

En la gelificacin en fro el gel de protena se forma a temperatura ambiente, las protenas

primero son convertidas a pequeos agregados solubles por un calentamiento moderado,

despus del enfriamiento los agregados permanecen solubles, esta es la ventaja de la

gelificacin fra; con la que se pueden hacer modificaciones a los agregados para controlar

las propiedades del gel y tener mayores aplicaciones.



Es posible producir pelculas a partir de los agregados de protenas del lactosuero, por

entrecruzamiento con glicerol; su transparencia y propiedades mecnicas permiten su

utilizacin como un material de recubrimiento por sus propiedades de barrera al oxgeno.

La microencapsulacin proporciona la oportunidad para proteger ingredientes sensibles al

deterioro y prdidas como componentes bioactivos, nutrientes nutracuticos y flavor. Las

protenas del lactosuero se utilizan como agentes microencapsulantes por su capacidad para

interaccionar con el agua y el aceite

2 PROTENAS DEL LACTOSUERO

La leche contiene diversas protenas, de las cuales las casenas son las ms abundantes, ya

que representan el 80% de las protenas totales. Las casenas de la leche tienen pesos

moleculares que oscilan entre 25.000 y 40.000; las ms importantes son la la y la , que representan, respectivamente, el 50, 30 y 15% del total de las casenas. En la leche,

estas protenas se asocian entre s para formar pequeas partculas denominadas micelas,

que se encuentran estabilizadas gracias a la presencia de la casena . Cuando se va a fabricar queso, se agregan a la leche enzimas coagulantes (como la renina), las que

catalizan la ruptura de un solo enlace peptdico de la -casena: la unin entre el aminocido fenilalanina en la posicin 105 y la metionina en la 106. Este clivaje de la -casena provoca la desestabilizacin de las micelas y por lo tanto la precipitacin de casi

todas las casenas, las que posteriormente se van a transformar en queso.

Figura 1. Lactosuero.



El lactosuero es la fraccin lquida de la leche rica en protenas, minerales, y lactosa que se

separa de la casena durante la fabricacin del queso o de la casena. Segn que haya sido

empleada la coagulacin cida o enzimtica se obtendr lactosuero dulce o lactosuero

cido. (M.A. de la fuente. 2001).

La composicin del lactosuero no solamente depende de la composicin de la leche y del

contenido de humedad del queso sino de manera muy significativa, del pH al que el

lactosuero se separa de la cuajada.

El lactosuero tiene una baja proporcin de protenas aproximadamente 0.6% y 93% de agua

(Foegeding, 2002), pero estas poseen una calidad nutritiva superior a las de las casenas que

conforman el queso ya que son ricas en aminocidos azufrados, con un buen porcentaje de

grupos sulfidrilo, lisina y triptofano.

Se estima que por cada kilogramo de queso se producen 9 kilogramos de lactosuero

(Gonzalez, M.I 1995). El lactosuero representa cerca del 85% -90% del volumen de la

leche y contiene aproximadamente el 55% de sus nutrientes. Este gran contenido de

nutrientes genera aproximadamente 3.5Kg de demanda biolgica de oxigeno (DBO) y

6.8Kg de demanda qumica de oxigeno (DQO) por cada 100Kg de lactosuero liquido

(Grba, S 2002), por lo que se considera ste como un potencial contaminante ambiental, ya

que aun cuando una parte de este lactosuero se utiliza en la alimentacin de animales y

como fertilizante para las tierras, el resto es descargado en lagos y ros.

Una alternativa para aprovecharlo es separar las protenas del lactosuero por ultrafiltracin

y obtener un concentrado proteico.

El proceso de ultrafiltracin no desnaturaliza las protenas del suero, por lo que en los

comienzos de la dcada del setenta comenz a desarrollarse la tecnologa de ultrafiltracin

por membrana que permite retener las protenas de una solucin en una membrana que

posee poros muy pequeos. As, tanto en Europa como en los EE.UU. los investigadores

pudieron analizar la factibilidad de preparar productos derivados de las protenas del suero

del queso, respondiendo a las necesidades de las industrias farmacuticas y de alimentos

sus propiedades funcionales permanecen intactas.

Pero comenzaron las dificultades. Las membranas se taponaban debido a las partculas que

quedan suspendidas en el suero y a las fosfolipoprotenas, protenas unidas a lpidos y

fsforo, que quedaban retenidas. Esto produca, por un lado, una disminucin en el flujo de

filtracin y, por el otro, la prdida en la capacidad de formar espuma de los concentrados de

protena de lactosuero, ya que las fosfolipoprotenas inhiben esta propiedad.

En 1985 el grupo francs dirigido por J. L. Maubois desarroll un proceso que permite

precipitar y separar las fosfolipoprotenas, lo cual deja un suero claro que no tapona los

filtros (Figura 2). Esto se logra simplemente agregando calcio al suero hasta una

concentracin de 1,2 g / kg, ajustando el pH a 7,3 y variando rpidamente la temperatura de

2 a 500C. Es decir que el primer paso del procesamiento del suero del queso es su



clarificacin por eliminacin de las fosfolipoprotenas. Estas no se desechan, ya que son

tiles por sus propiedades funcionales; por ejemplo, puesto que retienen agua, se utilizan en

la preparacin de hamburguesas, ya que no permiten que estas se sequen. El paso siguiente

consiste en proceder a la ultrafiltracin, pero ahora sin temor a que se tapen las membranas;

las protenas quedan retenidas y pasan los componentes de bajo peso molecular, de manera

que se obtiene un lquido filtrado, denominado permeado, rico en sales y en el azcar

lactosa, y un lquido que no pasa a travs de la membrana de ultrafiltracin, llamado

retenido, que es el concentrado de protena de lactosuero del que ya hablamos (figura 3).

Figura 2. Fraccionamiento del Suero del queso.

Figura 3. Separacin de -lactoglobulina y lactalbmina.

Si el suero clarificado se acidifica y se calienta, se produce la microfiltracin, mientras que la - lactoglobulina queda en el permeado



Para separar y purificar las dos protenas que estn en mayor proporcin en el suero, la -lactalbmina, la -lactoglobulina que representan el 17 y el 42% del total de las protenas del suero respectivamente 1987 J.L. Maubois desarroll un mtodo industrial basado en que

en medio cido pH 3.8 la -lactalbmina se agrega o polimeriza y forma un precipitado si se calienta ligeramente. Esta agregacin es totalmente reversible: la protena se redisuelve

cuando la temperatura y el pH vuelven a sus valores originales.

Las protenas del concentrado tienen muchas aplicaciones por sus propiedades funcionales

como ingredientes en los alimentos (emulsificante, gelificante, espesante, espumante,

capacidad de ligado del agua). Pueden modificar algunas o todas las propiedades de los

alimentos: organolpticas, visuales, surfactantes, estructurales, de textura, y reolgicas

obteniendo un producto con mejor aceptacin por el consumidor (Lee M., Huffman 2002),

posee actividad anticancergena y, ms concretamente, su papel protectivo frente al cncer

de colon, y por otro lado su papel como estimulador de la respuesta inmune (Baro, L.,

2001). La actividad anticancergena fue demostrada en animales de experimentacin

(Graeme H., 1998) y su posible mecanismo es debido a la proteccin del DNA en forma

metilada por los aminocidos azufrados (Baro L., 2001), adems se emplea para aumentar

el rendimiento de la produccin de quesos y en la elaboracin de requesn (Jelen, 1979).

Las protenas del lactosuero, que representan alrededor del 20% de las protenas de la leche

de vaca, se definen como aquellas que se mantienen en solucin tras precipitar las casenas

a pH 4,6, a una temperatura de 20C. son compactas, globulares, con peso molecular que

vara entre 14.000 y 1.000.000; son solubles en un intervalo de pH muy amplio (incluso a

pH cidos siempre y cuando no se hayan desnaturalizado por el calor); en estado natural no

se asocian con las casenas, pero en las leches tratadas trmicamente y homogenizadas, hay

una fraccin que s lo hace, las fracciones ms importantes son: la -lactoglobulina, la -lactalbmina, las inmunoglobulinas, la albmina bovina y las proteosas pectonas.

Las propiedades funcionales del lactosuero vienen dadas por las de sus dos principales

protenas: -lactalbmina y -lactoglobulina.

2.1 -LACTOGLOBULINA.

Pertenece a la familia de las lipocalinas de las protenas, la estructura terciaria contiene un

motivo estructural en -tonel (barril o cuba), similares al de las protenas ligantes del retinol, y una sola hlice corta superficial. Como la mayora de las lipocalinas puede ligar pequeas molculas hidrofbicas dentro de la cavidad central. Se sugiere juega un

papel en el transporte de retinol, adems es resistente a la hidrlisis pptica durante su paso

por el estmago. (Burova et al 2002; Hoedemaeker et al., 2002). La secuencia de

aminocidos de -lactoglobulina consiste de 162 residuos de aminocidos con un peso molecular de 18.3KDa y un pI de 5.1 a pH neutro y temperatura ambiente. La -lactoglobulina bovina se encuentra en forma de dmero, pero se disocia a monmeros a

altas temperaturas o valores de pH extremos.



Es insoluble en agua destilada, soluble en soluciones diluidas de sal y precipitable por las

altas temperaturas y por la accin de soluciones al 50% de sulfato de magnesio o de

amonio; es la fraccin protenica que se ha estudiado con ms detalle, ya que ejerce una

influencia decisiva en la estabilidad trmica de los productos lcteos. Representa

aproximadamente el 45% del total de las protenas del suero.

A igual que con otras protenas globulares, los aminocidos hidrfilos, los hidrfobos y los

ionizables se encuentran homogneamente distribuidos a lo largo de la molcula

provocando que los no polares (tirosina, triptofano, leusina, fenilalanina), tienden a unirse

dentro de la molcula estableciendo una hidrofobicidad elevada en el centro; esta

caracterstica hace que se hidrate fuertemente en el exterior y que no se puedan unir entre

ellas en forma hidrfoba. Su grupo disulfuro le imparte caractersticas de estructura

terciaria y el sulfidrilo libre la hace muy reactiva; de hecho es la fuente ms importante de

sulfidrilos de la leche.

No se encuentra en la leche materna, se considera como responsable de las reacciones

alrgicas que se observan en infantes alimentados con leche de vaca; por esta razn, en los

productos comerciales que imitan la leche humana, se utiliza suero de queso al que se le ha

eliminado esta fraccin protenica mediante diferentes tcnicas, como puede ser una

precipitacin selectiva con polifosfatos o por filtracin en gel.

2.2 -LACTALBUMINA

Es por orden de importancia, la segunda protena del lactosuero y tiene actividad biolgica

ya que es constitutiva del sistema enzimtico requerido para la sntesis de lactosa, por

regulacin de la actividad de la enzima galactosiltransferasa (Permyakov y Berliner, 2002).

Tiene 123 aminocidos y su peso molecular es 14.2Kda. El punto isoelctrico est entre 4.2

y 4.5. No contiene grupos sulfidrilos libres, pero s cuatro disulfuros provenientes de

cistinas, lo que la hace tener 2.5 veces ms azufre que las casenas. Entre sus caractersticas

se cuentan su bajo peso molecular y su alto contenido de triptofano. Como dato interesante,

cabe indicar que tiene una estructura primaria bastante parecida a la lisosima del huevo.

El lactosuero es procesado para ser usado como ingrediente de alimento aumentando el

contenido de protena, removiendo lpidos, minerales, y lactosa. El producto comercial ms

importante del lactosuero son los concentrados de protenas con un contenido aproximado

del 85% y los aislados con un contenido mayor o igual al 95%.(Morr, 1993). La

composicin de los concentrados y la de los aislados de protenas, se diferencian en la

concentracin de sus constituyentes, especialmente la lactosa que acta como plastificante,

estas diferencias en la composicin pueden tener una marcada influencia en las propiedades

de barrera y mecnicas en la elaboracin de lminas de protenas del lactosuero.

La fabricacin de concentrados proteicos del lactosuero comprenden la ultrafiltracin para

concentrar las protenas y la diafiltracin para remover la lactosa, minerales y otros

componentes de bajo peso molecular, el retenido es usualmente ms concentrado por



evaporacin antes del secado por aspersin (spray-drying) para minimizar los costos de

remocin de agua y mejorar las propiedades fsicas de los polvos (Hobman,1992).

Los concentrados de protenas son usados en un amplio rango de aplicaciones (frmulas

infantiles, alimentos para la salud, productos gelificados, alimentos congelados) como

ingredientes funcionales y nutricionales. El trmino funcionalidad aplicado a los

ingredientes de alimentos ha sido definido como cualquier propiedad adems de los

atributos nutricionales que influencia la utilidad de un ingrediente en los alimentos (Boye et

al., 1997).

Sin embargo varios de los tratamientos empleados durante la obtencin de concentrados,

aislados, y separacin de las protenas del lactosuero tales como concentracin de protenas,

refinado, purificacin, tiempo de secado, tienen una influencia marcada sobre las

propiedades funcionales; adems las protenas del lactosuero son muy sensibles al calor, la

intensidad del tratamiento trmico durante la fabricacin del concentrado proteico es crtica

y puede causar la desnaturalizacin de las protenas lo cual afecta la solubilidad y otras

propiedades funcionales, esta sensibilidad limita el uso en varios productos alimenticios.

(Dnsolckn y Euston, 1999).

De las propiedades funcionales de las protenas del lactosuero una de gran importancia por

su aplicacin en los alimentos es la gelificacin .

3 GELIFICACIN

Un gel se forma por entrecruzamiento de polmetros mediante enlaces covalentes o no

covalentes, para formar una red capaz de atrapar el agua y otras sustancias de bajo peso

molecular. La gelificacin es considerada como el resultado del desenrrollamiento de la

protena seguido por la alteracin de las interacciones protenaprotena, cualquier accin que cambie la configuracin nativa de la protena, tiene en principio el potencial de inducir

la gelificacin.

La funcionalidad de los geles es determinada por la distribucin espacial de las partculas

de protena y por la contribucin de los enlaces covalentes y no covalentes a la red.

La contribucin relativa de estos dos tipos de enlaces, adems de las propiedades

intrnsecas de las protenas (hidrofobicidad, interacciones electrostticas, enlaces

disulfuros, masa molecular, y composicin de aminocidos), dependen de las condiciones

aplicadas durante la gelificacin (concentracin de protenas, pH, temperatura, fuerza

inica y tipo de ion y de la presin hidrosttica) (Totosaus et al, 2002).

La gelificacin de las protenas del lactosuero puede ser inducida por varias vas. La

gelificacin producida por calor es la ms estudiada en la ciencia de alimentos, y es la

responsable por la estructura presente de muchos alimentos sometidos a procesos trmicos

(Totosaus et al., 2002). Un segundo tipo de gelificacin producida fsicamente es la



gelificacin producida por presin hidrosttica, Keim y Hinrichs reportaron que la

formacin de enlace disulfuro como resultado del tratamiento a alta presin depende de la

presin aplicada y de su duracin.

Ambos mtodos de gelificacin son mtodos de un solo paso. Bajo las condiciones

aplicadas, los procesos de desnaturalizacin de las molculas de protenas y la subsecuente

agregacin ocurren simultneamente.

Otros mtodos de gelificacin han sido reportados: gelificacin inducida por sal,

gelificacion inducida por cidos, y gelificacin inducida por enzimas. (Totosaus et al.,

2002). La gelificacin producida por enzimas puede darse de dos formas: por

entrecruzamiento de protenas, realizado por la transglutaminasa, y por la degradacin

enzimtica de protenas, realizado por enzimas proteolticas especficas.

La gelificacin inducida por sal o por cido necesita de dos pasos. La mera adicin de sal o

cido no produce la formacin de la red de protenas. Necesita el paso de activacin en el

cual la molcula de protena es desnaturalizada y forma agregados de protenas solubles

Este proceso es conocido como gelificacin fra.

3.1 PROCESO DE GELIFICACIN EN FRO

Muchas aplicaciones de los geles en la elaboracin de productos alimenticios es limitada en

los alimentos sensibles al calor requeridos para gelificar las protenas. Recientemente se ha

dedicado esfuerzo para emplear las protenas del lactosuero como ingredientes de la

gelificacin fra.

Comparando la gelificacin producida por calor con la gelificacin en fro, en la

gelificacin por calor el paso de activacin de las protenas no es acompaado del paso

siguiente, es decir, los procesos de agregacin, desenrrollamiento, y gelificacin suceden

simultneamente.

En la gelificacin fra se pueden distinguir dos pasos, en el primer paso se obtiene una

dispersin de agregados de protenas despus del calentamiento a temperaturas entre 20-

37C a un pH alejado de pI, baja fuerza inica y una concentracin de protenas que no

forme gel. Despus del enfriamiento se obtiene una dispersin estable de agregados. En el

segundo paso, la gelificacin puede ser producida a temperatura ambiente por adicin de

sal o bajando el pH. Figura 3 (Mc. Clements, 1998).

Muchos estudios han sido reportados sobre la aplicacin de aislados de protenas de

lactosuero como ingrediente en la gelificacin fra. En un trabajo realizado por Bryant

(1998) la sal fue usada para producir la gelificacin. La sal produce dos tipos de geles: un

gel transparente fino se forma a temperatura ambiente por adicin de pequeas cantidades

de sal y geles de partculas turbias se forman por adicin de grandes cantidades de sal.



Figura 4. Conversin de la protena globular nativa a una red de protenas de acuerdo a la

gelificacin inducida por calor o en fro.

La dureza del gel aumenta con el incremento de la concentracin de protena en la solucin

usada para hacer los polmeros de las protenas del lactosuero (Ju y Kilara, 1998). Los

polmeros de protenas del lactosuero son formados principalmente por enlaces disulfuro

con algunas interacciones no covalentes (Foegeding, 1999). Con el bloqueo de los grupos

tioles por N-etilmaleimida, Hongsprabhas y Barbut (1997) demostraron que los enlaces

disulfuros estn involucrados en el paso de polimerizacin previo a la gelificacin y ayudan

en el mantenimiento de la estructura de la red.

En general cuando se hacen polmeros de protenas del lactosuero, la alta concentracin de

protenas, tiempo de calentamiento y la temperatura influyen sobre la viscosidad de la

dispersin y la rigidez del gel (Foegeding, 1999). Cuando los geles de polmeros de

protenas del lactosuero con igual fuerza inica fueron hechos con cloruro de sodio o

cloruro de calcio, los geles que contenan cloruro de calcio fueron ms rgidos debido a que

el calcio produce un apantallamiento de las cargas y tiene capacidad para formar enlaces

inicos con las cargas negativas de las protenas (Daubert y Swaisgood, 2001).

Hoy en da ms de 2 billones de personas en todo el mundo tienen deficiencia en hierro.

Una solucin interesante a este problema consiste en fortificar los alimentos con hierro,

pero la incorporacin de hierro dentro de sistemas complejos produce la oxidacin o

precipitacin y afecta la biodisponibilidad (Hurrel 1998).



En los procesos tradicionales de gelificacin la solucin que contiene protena es calentada

por encima de 65C. Recientemente se han producidos geles con adicin de calcio a bajas

temperaturas. Remondetto 2001 desarroll la gelificacin fra por hierro, dependiendo de

las condiciones usadas se forman dos tipos de geles: filamentosos y de agregados

desordenados con distintas propiedades fisicoqumicas, al evaluar los dos tipos de geles

bajo condiciones gastrointestinales los geles de estructuras desordenadas liberaron altos

niveles de hierro en el intestino, lo que demuestra que el transporte y proteccin del hierro

depende la estructura del gel (G. Remondetto 2004). Renata Baranauskiene 2005 evalu las

propiedades de encapsulacin de la leche en polvo desnatada y concentrados de protenas

del lactosuero para el recubrimiento de los aceites esenciales de organo, extractos de

aroma de citronela; la eficiencia de la microencapsulacion expresada como el porcentaje de

flavor atrapada dentro de la microcpsula fue del 80% y el contenido remanente fue entre

1,1% y 1,4%, los cambios en la composicin de los componentes fueron pequeos, lo que

demuestra la utilidad de la microencapsulacin de las protenas del lactosuero.

Figura 5. Modificacin de las propiedades de los agregados de las protenas del lactosuero.

Los geles de protenas del lactosuero a bajo pH, pueden ser hechos usando el siguiente

procedimiento: tratamiento trmico, incubacin con enzimas y acidificacin fra. El

tratamiento trmico induce la formacin del enlace disulfuro y la enzima cataliza la

reaccin de transferencia de un acilo entre los residuos de lisina y cido glutmico,

produciendo entrecruzamiento entre las protenas, produce una solucin polimerizada y

luego se le adiciona cido glucono delta lactona para producir la gelificacin a pH 4. Los

geles presentan un aumento en la fuerza de fractura, lo que indica que es una forma de

incrementar la dureza de los geles de protenas de lactosuero (Eissa, A.S ,.2005).

Modificacion de grupos

amino primarios

Modificacion de grupos tiol

Diferencia en tamao de los agregados



La adicin de protenas de lactosuero interfiere con la gelificacin de las protenas del

surimi, esto puede ser debido a que las protenas del lactosuero son reactivas a temperaturas

por encima de la gelificacin de las protenas del pescado y se obtienen mezclas de geles

dbiles. Cuando se utiliza la gelificacin fra de las protenas del lactosuero en produccin

de surimi no se presentan geles dbiles La unin de partculas de carnes crudas es esencial

en la produccin de surimi y productos crnicos reestructurados, las protenas del

lactosuero han sido usadas para formar gel que ligue las partes.

Los agregados formados durante la primera etapa permanecen solubles despus del

enfriamiento lo que ofrece la ventaja de modificar sus propiedades de formacin de enlaces

disulfuro y nmero de grupos tioles, carga neta , y tamao de los agregados para controlar

la dureza de los geles y poder mejorar las propiedades de textura. (Ton Van Vliet 2004).

3.2 FORMACIN DE ENLACES DISULFURO

La formacin de enlaces disulfuro durante el segundo paso bajo condiciones cidas se

demostr empleando bloqueantes del grupo tiol (iodoacetamida IAA, Acido para-

cloromercuriobenzoico PCMB, N-etilmaleimida NEM) sobre los agregados de aislados de

protenas del lactosuero. Se formaron geles a pH 5.1 con los agregados donde el grupo

disulfuro estaba bloqueado y en los agregados no bloqueados, la microestructura inicial de

los geles no present diferencias por lo que se concluye que la morfologa inicial de los

geles formados se realiza por interacciones no covalentes de los agregados. Los geles

formados se disolvieron en dodecil sulfato de sodio (SDS) a pH 7, la electroforesis en gel

de agarosa demostr la formacin de grandes agregados ocurri solamente en los geles

formados por agregados no bloqueados.

Las propiedades mecnicas de los dos tipos de geles se caracteriz determinando su dureza,

la dureza relativa del gel fue graficada contra el porcentaje de grupos tioles bloqueados. La

dureza disminuye significativamente en los geles preparados con agregados en los cuales se

bloquee el grupo tiol.

La formacin de enlaces disulfuro se produce por reacciones de oxidacin o de

intercambio, normalmente ocurren bajo condiciones bsicas (Bryant 1998) y a condiciones

cidas estas reacciones suceden muy lentamente. La formacin de enlaces disulfuro en

condiciones cidas es debida al gran aumento de la concentracin efectiva, como resultado

de las interacciones no covalentes los grupos tioles libres estn muy cerca y se promueve la

formacin de enlaces disulfuro.

Para explicar esto se propone un modelo simple en el cual la microestructura de los geles es

determinada inicialmente por interacciones no covalentes, los enlaces disulfuros covalentes

solamente son formados despus de la gelificacin probablemente por reacciones de

intercambio disulfuro-tiol, y participan en la estabilizacin de la red (previniendo la ruptura

espontnea y la sinresis) e incrementando la rigidez (Arno C Alting 2000).



Figura 6. Modelo para la formacin de puentes disulfuro intermolecular y su papel durante la

gelificacin fra inducida por cidos de protenas de lactosuero precalentadas.

Mezclando diferentes cantidades de agregados con bloqueantes y sin bloqueantes se

controla la dureza del gel sin cambios en la microestructura. Estos resultados pueden tener

aplicaciones industriales para controlar la dureza. (Arno C .Alting., 2002)

Las propiedades mecnicas de las leches cidas como el yogurt pueden controlarse por

modificacin del contenido de grupos tioles despus del calentamiento de la leche. (Astrid J

Vasbinder, 2004).

Los mecanismos que inducen a la formacin de la red de protenas y del enlace disulfuro

son dependientes del tiempo y del pH, por esto ellos pueden ser controlados por la

velocidad de acidificacin y el pH final. El uso de acidificantes bacterianos en vez de

qumicos en la gelificacin fra es de gran importancia, porque la acidificacin bacteriana

se prefiere debido a su grado alimenticio. La dureza de los geles puede ser ajustada por el

pH final y el tiempo de acidificacin, la dureza depende del pH del gel probablemente

debido a la carga neta de los agregados (A.C Alting, 2004).

3.3 DUREZA DEL GEL

El nmero de grupos tioles ms que el tamao de los agregados determina la dureza del gel.

Jua y K ilara,. 1998 estudiaron el efecto de las propiedades de los agregados sobre la

gelificacin y concluyeron que la dureza de los geles fros aumenta con el aumento del

tamao de los agregados y el grado de agregacin, es decir la fraccin de protena

desnaturalizada relativa a la cantidad total de protena. El tamao de los agregados de la

protena puede ser variado por cambios en la concentracin de protenas durante el

calentamiento.



Arno C 2002, determin que la dureza de los geles fros de aislados de protenas del

lactosuero depende ms del contenido de grupos tioles que del tamao de los agregados o

de las caractersticas de sus estructuras .Esto fue demostrado produciendo geles con

diferentes concentraciones de protenas ,la dureza aumentaba a medida que la

concentracin de protena aumentaba pero al bloquear los grupos tioles libres en las

distintas concentraciones la dureza no vari al aumentar la concentracin.

Figura 7. Dureza de los agregados que se diferencian en las caractersticas estructurales y

qumicas, y de los que se diferencian en las caractersticas estructurales.

3.4 CARGA ELCTRICA NETA

La reduccin de la repulsin electrosttica de los agregados (carga elctrica neta) es la va

para modificar el pH al cual se produce la gelificacion. Por modificaciones qumicas de la

carga neta de los agregados de la beta-lactoalbmina, por succinilacin de los grupo aminos

primarios las cargas negativas de los grupos carboxilos predominan, el pH de gelificacin

disminuye hasta cerca de 2.5; por metilacin del grupo cido carboxilo predominan las

cargas positivas y la gelificacin se produce a pH alcalinos ms altos.

Resultados comparables se obtuvieron con aislados de protenas. A bajo pH los

entrecruzamientos disulfuro entre los agregados modificados no se formaron despus de la

gelificacin. Los geles presentaron sinresis y fractura espontnea (Arno C. Alting, 2002).

La formacin de entrecruzamiento disulfuro es un factor determinante en las propiedades

mecnicas finales de los geles y estas se pueden controlar por modificacin del punto

isoelctrico de los agregados de protenas



Figura 8. Dependencia de la turbidez de soluciones de agregados succinilados.

4 CONCLUSIONES

El lactosuero es un producto de gran utilidad del cual se pueden separar las protenas, estas

pueden ser utilizadas en la gelificacin fra debido a sus propiedades fsicas y qumicas. La

gelificacin fra se produce en dos etapas o pasos, en la primera etapa se producen los

agregados solubles despus del enfriamiento. El conocimiento de los factores que producen

la gelificacin de estos agregados como son: enlaces disulfuros, carga neta, concentracin

de los agregados es de gran importancia para el control de las propiedades mecnicas del

gel. El potencial de uso en la industria de alimentos de los agregados y de los geles es

inmensa por ejemplo pelculas para recubrimiento, control de la textura del yogurt, surimi

etc.

5 REFERENCIA BIBLIOGRFICAS

(1) Aguilera, J. M., Rojas, G. M. Determination of kinetics of gelaction of whey protein and cassava starch by oscillatory rheometry. Food Research International,

Vol. 30 No. 5, 349 357. (2) Alting, A.C.; Hamer, R.J.; de Kruif C.G.; Paques, M.; Visschers, R.W. Hardness

of cold set whey protein gels determined by the amount of thiol groups rather than

by the size of the aggregates. Food Hydrocolloids in press (2003).

(3) Alting, A.C.; Hamer, R.J.; de Kruif, C.G.; de Jongh, H.H.; Simons, J.F.A.; Visschers, R.W. Physical and chemical interactions in pH-induced aggregation and

gelation of whey proteins. In: Food Colloids, Biopolymers and Materials.



Dickinson, E., van Vliet, T. (eds), Royal Society of Chemistry, Cambridge, United

Kingdom. 2003, pp 49-57.

(4) Alting, A.C.; Hamer, R.J.; de Kruif, C.G.; Visschers, R.W. Cold-set globular protein gels; interactions, structure and rheology as a function of protein

concentration. Journal of Agricultural and Food Chemistry in press (2003).

(5) Alting, A.C.; van der Meulen, E.T.; Hugenholtz, J.; Visschers, R.W. Control of texture of cold-set gels through programmed bacterial acidification. Submitted to

the International Dairy Journal.

(6) Alting. A.C.; Weijers, M.; Hoog, E.H.A. de; Pijpekamp, A.M. van de; Cohen Stuart, M.; Hamer, R.J.; Kruif, C.G. de; Visschers, R.W. Acid-induced cold

gelation of ovalbumin and whey protein isolate, a comparative study. In

preparation.

(7) Barahauskiene, R: Rimantas, petros; Dewettinck, K, Verhe, R. Properties of oregano (origanum vulgare L), citronella (cymbopogon nardus G.) and marzoram

(mazoraha hortensis L), flavors encapsulated into milk protein bases matrices food research international 2005.

(8) Bryant, C.M., Mc Clements. Molecular bases of protein funcionality with special consideration of cold-set gels derived from heat denatured whey. Trens in Food

Science and Technology 9 (1998) 143-151

(9) De la Fuente, NA. Hermar, Y. Tamehana M. Munro, P.A. Stingh H. Process Induced Changes in whey proteins manufacture of whey protein concentrates.

International Dairy Journal 12 (2002) 361 369. (10) Eissa, A.S., Bijram, S., Khan. S.A. Polymerization and gelation of whey protein

Isolates at low pH using transglutaminasas enzyme. Dairy Food Chemistry 2004.

(11) Eissa, A.S., Khan, S.A. Acid-Induced Gelation of enzymatically modified, preheated whey proteins. Dairy food chemistry 2004

(12) Foegering, E.A., Davis, J.P., Doucet, D. Advances in modifying and understanding whey protein functionality. Trends in food science y technology. 3 (2002) 151 159

(13) Grasseli, M., Navarro, A., Fernndez, H. Qu hacer con el suero del queso? Ciencia hoy. Volumen 8 No. 43 Nov/Dic. 1997.

(14) Hong, S. I. , Krochta, J.M. Origin barrier performance of whey protein coated plastic film as affected by temperature, relative humidity, base film and protein

type. Journal of Food Engineering 2005.

(15) Hongsprabhas, P. Barbut, S., Marangoni, AG. The structure of cold-set Whey protein isolate gels prepared with caff. Lebensm Wiss- U Technol, 32, 196, 202

(1999).

(16) Hongsprabhas, P., Barbut, S. Effect of pre-heated whey protein level and salt on texture development of poultry meat batters. Food Research International 33

(1999) 145 149. (17) Ju, ZY, Zakora M. and Quist, KB. Enzyme. Induced Gelateon of whey proteins:

Effect of protein denetoration. Int. Darty Journal 7 (1997) 71-78.

(18) Mc Intosch, G. Royle, Pl. Le Leu, r. Whey proteins as functional food ingredients. Int. Dairy Journal (1998).



(19) Otte, J. Schumacher, E. , Ipsen, R., 30, ZY. Protease Induce Gelation of unheated and heated whey proteins: effects of pH, temperature and concentrations of protein

enzyme and saits. International Datry Journal 9 (1999) 801 802. (20) Pelegrine, D. H. G., Gasparetto, C.A. Whey proteins solubility as function of

temperature and pH. Lebensm Wiss U. Technol. 38 (2005). 77-80. (21) Van der Wielen, M.W.J.; van de Pijpekamp, A.M.; Peppelman, H.A.; Bolder,

S.G.; Alting, A.C.; Visschers, R.W. Heat-induced aggregation and cold-set

gelation in multi component systems of proteins and (poly)saccharides. In

preparation

(22) Vasbinder, A. J., Kruit, C.G. Casein whey protein interactions in heated Milk: the influence of pH. International dairy journal 13 (2002) 669 677.

(23) Vasbinder, A.J.; Alting, A.C.; De Kruif, C.G. Quantification of heat-induced caseinwhey protein interactions in milk. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces in press (2003).

(24) Vasbinder, A.J.; Alting, A.C.; Visschers, R.W.; De Kruif, C.G. Texture of acid milk gels: formation of disulfide cross-links during acidification. International

Dairy Journal 13 (2003) 29-38.

(25) Vliet, T.V. , Lakemoni, M.C., Visschers, R. W. Rheology and Structure of Milk Proteins Sels. Current opinion in colloid and interface science 9 (2004) 298 304.

(26) Yamul, D., Lupano, C. Whey protein concentrate gels with honey and wheat flour. Food research international. 2004.

Acevedo Gelificacion Fria de Las Proteinas Del Lactosuero

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