Estructura y función de proteínas y péptidos...

Tema 3: Estructura y función de proteínas.Dpt. Ingeniería Química

Ampliación de Tecnología de los AlimentosIngeniero Químico

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Tema 3

Estructura y función de proteínas y péptidos: mioglobina, hemoglobina, miosina, caseína, colágeno,

gluten, lactoalbúmina y ovoalbúmina.

OBJETIVOS:

• Conocer las proteínas de interés alimentario.

• Conocer las propiedades de las proteínas de interés alimentario y su repercusión en el estado de los alimentos.

• Importancia tecnológica de las proteínas de los alimentos.

• Fundamentos del procesado de los alimentos predominantemente proteicos.

• Aprovechamiento industrial de las proteínas para usos alimentarios y no alimentarios.



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Índice del tema

1 INTRODUCCIÓN: PROTEÍNAS GLOBULARES, FIBROSAS Y CROMOPROTEÍNAS................................... 3 2 HEMOGLOBINA Y MIOGLOBINA...................................................................................................... 4

2.1 Propiedades ......................................................................................................................... 5 2.2 Transformaciones de la mioglobina..................................................................................... 6

3 MIOSINA Y ACTINA. ....................................................................................................................... 8 3.1 Rigidez cadavérica y maduración ........................................................................................ 9

4 COLÁGENO Y ELASTINA............................................................................................................... 10 5 GLUTEN. ...................................................................................................................................... 12 6 CASEÍNA. ..................................................................................................................................... 14

6.1 Precipitación de caseínas. ................................................................................................. 15 6.1.1 Precipitación ácida ........................................................................................................................ 16 6.1.2 Precipitación por cuajo animal (rennet) ........................................................................................ 16

7 LACTOALBÚMINAS Y LACTOGLOBULINAS ................................................................................... 17 7.1 Lactoalbúmina ................................................................................................................... 17 7.2 Lactoglobulinas.................................................................................................................. 17

8 OVALBÚMINA Y OTRAS PROTEÍNA DE CLARA DE HUEVO.............................................................. 18 9 CARNE Y PESCADO....................................................................................................................... 19 10 LECHE Y DERIVADOS. .............................................................................................................. 20 11 HUEVO Y DERIVADOS. ............................................................................................................. 22



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1 Introducción: proteínas globulares, fibrosas y cromoproteínas.

Ya hemos definido cual es la estructura química de las proteínas y de sus constituyentes. Para un repaso sobre estas cuestiones y sobre el valor nutricional que se deriva de la composición en aminoácidos puede vd. refererirse al tema 3 de la asignatura “Tecnología de alimentos” de 4º curso que se puede encontrar actualizado en

http://www.ual.es/~jfernand/TA/Tema3/Tema3-QuimicaAlimentos.pdf

En este tema se estudiarán propiedades de algunas proteínas concretas que resultan de interés en la industria alimentaria no solo por sus propiedades nutricionales, sino por las propiedades funcionales que le confieren a los alimentos en los que se encuentran presentes o a las que son añadidos durante el proceso de fabricación.

Por ejemplo, se estudiarán cosas como que la carne es roja por la presencia de mioglobina y que se puede hacer para que la mioglobina permanezca roja manteniendo a la carne atractiva al consumidor. O qué se puede hacer para insolubilizar la caseína y fabricar queso, y qué consecuencias tiene el proceso de coagulación.

Aunque la lista de proteínas incluida no es exhaustiva, sí se puede afirmar que están contenida las más importantes tanto por el volumen de producción y consumo, como por el porcentaje de alimentos en los que aparecen y por la influencia que tienen en las propiedades de los alimentos.

Clasificación de las proteínas:

Aunque las proteínas se pueden clasificar atendiendo a muchas de sus propiedades (peso molecular, grupos funcionales distintos, estructura) aquí las clasificaremos en tres clases (no necesariamente excluyentes) que indican mucho a cerca de su composición y propiedades.

Fibrosas:

Son proteínas que forman largas cadenas que se extienden en una dirección del espacio. Esto no quieren decir que sean rectas, ya que además de su estructura primaria (secuencia de aminoácidos) tienen una estructura secundaria característica (disposición de los aminoácidos uno respecto de otro) que suele ser simple y repetitiva, como un enrollamiento helicoidal, por ejemplo (en realidad las cadenas de aminoácidos no pueden ser rectas, por motivos estructurales del enlace peptídico). Sin embargo, carecen por completo de estructura terciaria, es decir, de interacciones entre puntos alejados de la cadena que constituyan parte esencial de las propiedades de la proteína.

Proteínas de esta clase son el colágeno, la elastina, que aparecen ampliamente distribuidas en los tejidos animales en funciones de sostén, y otras que no estudiaremos como la quitina (caparazón de insectos, uñas, piel y cabello), fibroína (seda) y otras minoritarias (fibronectina…etc).

Las proteínas fibrosas son insolubles, aunque existen tratamientos que las solubilizan para su empleo industrial (ej: la gelatina proviene del colágeno de huesos, pieles y raspas).

Globulares:

Por el contrario en estas proteínas la estructura terciaria (e incluso la cuaternaria) tienen una extraordinaria importancia en sus propiedades. Las cadenas de aminoácidos están intensamente replegadas existiendo multitud de interacciones entre puntos muy distantes de la cadena, lo que les da forma de globo (de ahí el nombre). La proteínas globulares suelen ser solubles en agua ya que como consecuencia del arrollamiento exponen al disolvente las partes más polares mientras que las hidrófobas quedan dentro del cuerpo de la proteína.

Hay que resaltar que el enrollamiento de una determinada globulina está perfectamente definido, por lo que estas proteínas tienen una forma perfectamente concreta predefinida por la secuencia de aminoácidos. Este orden sólo puede subsistir en unas condiciones adecuadas, por lo que



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las proteínas globulares se desordenan con facilidad en un entorno aun ligeramente alterado (pH, temperatura, salinidad…). Este proceso se denomina DESNATURALIZACIÓN y consiste en un desenrollamiento y pérdida de la estructura terciaria, normalmente irreversible, que conlleva una gran alteración de propiedades funcionales (a veces deseables) en el alimento. Un ejemplo de esto es la coagulación del huevo con el calor, que a veces es deseable (elaboración de un alimento, como una tortilla) y otras veces no (elaboración de huevo pasteurizado).

El conocimiento riguroso de estos fenómenos es la clave del éxito de muchos procesos de producción de alimentos.

Ejemplos de estas proteínas son las albúminas, caseínas, hemoglobina y mioglobina, así como otras muchas que no estudiaremos. Todas las enzimas y anticuerpos son proteínas de este tipo.

Cromoproteínas:

Son proteínas globulares que tienen la particularidad de contener algún átomo metálico ligado o complejado en su estructura. Son proteínas que realizan funciones catalíticas especiales (como el complejo de rotura del agua en las plantas) o de transporte, como la mioglobina y la hemoglobina.

Se denominan cromoproteínas porque suelen tener un color brillante característico como es el caso del rojo intenso de las proteínas que nos ocupan y que es una propiedad funcional muy importante en los derivados cárnicos.

2 Hemoglobina y mioglobina.

Son dos proteínas globulares con un núcleo de hierro. La mioglobina es el pigmento que aparece en el músculo esquelético de los animales, mientras que la hemoglobina aparece en la sangre. Las estudiamos conjuntamente porque ambas tiene las misión de transportar oxígeno y por ello tienen similitudes estructurales.

La función principal de la hemoglobina es trasportar por la sangre el oxígeno capturado en los pulmones. La mioglobina, que tiene una afinidad por el oxígeno superior a la hemoglobina, “se lo quita” cuando la sangre llega al músculo, actuando como aceptor y reserva de oxígeno del músculo.

Ambas contienen grupos hemo (mostrado en la figura) formado por 4 anillos pirrólicos que complejan a un ión hierro divalente Fe+2.

El grupo hemo va unido al resto de la proteína (la cadena polipeptídica que en este caso se denomina globina) por el residuo histidilo que se muestra al lado .

La parte proteica de estas moléculas es también muy similar, como se muestra en la próxima figura:



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La mioglobina de vaca tiene un peso molecular de 17.800 y un solo grupo hemo. La

hemoglobina tiene un pm de aproximadamente 67.000 y posee 4 grupos hemo y 4 subunidades proteícas similares a la de la mioglobina.

Como ya se ha dicho antes, su principal diferencia en propiedades es la afinidad por el oxígeno.

2.1 Propiedades

Las principales propiedades de estas proteínas son:

• Ligan oxígeno

• Son coloreadas

• Su color (rojo vivo, pardo, violaceo) depende del estado de oxidación del hierro que contienen y de la presión parcial de O2

• También ligan moléculas como CO ó NO

La capacidad de ligar oxígeno es importante, ya que el color depende de que la proteína esté oxigenada o no, como muestra la figura.

El color de ambas proteínas es más vivo cuando tienen oxígeno ligado, lo que además previene ciertas transformaciones ulteriores indesables. Sin embargo, también son capaces de ligar otros gases, entre los que destaca el CO, que también les confieren color rojo brillante.

Por otra parte, es interesante hacer notar que ambas proteínas tienen un forma muy diferente de ligar oxigeno. Mientras que la mioglobina presenta una adsorción hiperbólica, la hemoglobina da una marcada sigmoide.



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Este comportamiento se puede explicar con las siguiente ecuación

que puede despejarse a

La representación de la saturación frente a las disponibilidad de oxígeno muestra que la

hemoglobina tiene una menor afinidad por el oxígeno y un comportamiento cooperativo, mientras que la situación es al revés en la mioglobina.

2.2 Transformaciones de la mioglobina

La hemoglobina sufre transformaciones similares pero nos centraremos en la mioglobina porque tiene más interés alimentario.

Aún en la carne no sometida a ningún tratamiento, la mioglobina puede sufrir las siguientes transformaciones y los consiguientes cambios de color.



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La formación de metamioglobina es acelerada por las bajas presiones parciales de oxígeno.

para mantener la carne roja conviene que haya oxígeno presente, si bien de esa forma también se favorece el crecimiento de microorganismos aerobios, por lo que hay que ser escrupuloso con la refrigeración.

También se pueden usar otros gases para mantener el color rojo de la carne.

Por otra parte, la carne sometida a procesos de cocido o curado, sufre otras modificaciones que se muestran a continuación.



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Es una particularidad del grupo hemo formar sustancias rojas o rosadas con las moléculas de

NO liberadas por los nitritos que se añaden en los procesos de curado de embutidos y chacinas. Como se estudiará posteriormente, estos tratamientos también inhiben la proliferación de microorganismos y algunas reacciones enzimáticas, resultando por el momento insustituibles en la industria carnica.

3 Miosina y actina.

Estas proteínas forman la parte más importante del músculo esquelético, confiriéndole mayoritariamente el poder nutritivo. El músculo también está compuesto por mioglobina (25% junto con otros enzimas) colágeno y otras proteínas de sostén (15%) siendo el resto miosina y actina, que son las proteínas funcionales del músculo, es decir, las que permiten su contracción.

Miosina

La molécula de miosina está formada por dos cadenas enrolladas entre sí de un pm aproximado de 500.000, formando una fibrilla de unos 1,5 µm de longitud con una parte más voluminosa en el extremo que interacciona con la actina, consumiendo ATP para producir la contracción muscular.



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Actina

la actina aparece en una forma globular (g-actina) de peso molecular entre 50 y 60 mil y otra fibrosa (f-actina) que resulta de la polimerización de la primera en filamentos de hasta 400 monómeros que también incluyen otras proteínas.

Actina y miosina se encuentran organizadas en miofibrillas como las que muestra la figura, envueltas por una membrana y bañadas por un citoplasma que se denomina sarcoplasma que contiene ATP e iones Ca+2 y Mg+2.

Las miofibrillas se encuentran organizadas en fibras. El mecanismo de la acción muscular

implica la pérdida de iones calcio del sarcoplasma como respuesta a un impulso nervioso, lo que provoca la interacción instantánea miosin-actina con la hidrólisis de ATP. Enseguida se recupera el calcio y la contracción cesa siempre que existan ATP y Mg disponibles.

Si no hay ATP, la actina y miosina se unen irreversiblemente dando lugar a una rigidez típica

que tiene lugar cuando cesa la vida del animal y que se denomina rigidez cadavérica.

3.1 Rigidez cadavérica y maduración

Con la muerte del animal y el cese del flujo sanguíneo, se sucede una serie de fenómenos:

• Cesa el aporte de oxígeno

• Cesa la fosforilación oxidativa y con ello el aporte de ATP aerobio.

• Se activa la glucolisis y se acumula piruvato.

• Desciende el pH, lo que inactiva muchas enzimas metabólicas.



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• Se agota el ATP y la miosina y actina se unen irreversiblemente para formar actomiosina.

La siguiente figura resume todos estos fenómenos:

La aparición de la rigidez cadavérica tarda en completarse unas 8 horas a temperatura

ambiente y da como resultado un tejido muscular duro y muy compacto, con las cadenas proteicas formando estructuras casi cristalinas.

La rigidez cadavérica conlleva una gran pérdida en la capacidad de retención de agua.

La intensidad de la rigidez depende del estado nutricional del animal y de la temperatura a la que tiene lugar el proceso, ya que determinan la velocidad y el grado de agotamiento del ATP y la bajada del pH. Nunca se debe procesar una carne en estado de rigidez cadavérica.

La maduración de la carne es un proceso por el cual el músculo se va ablandando y se mejora la retención de agua. Se han propuesto diversos mecanismos para este proceso, pero lo que importa es que lleva desde 15 día a 0ºC hasta 2 días a 20ºC para la carne de vaca.. La maduración no es el proceso contrario al que origina la rigidez, sino que parece ser una rotura de la estructura que tiene lugar por mecanismos diferentes. Durante la maduración, parte de la actina se vuelve soluble y puede extraerse de la carne durante el cocinado.

4 Colágeno y elastina.

El colágeno y la elastina sin dos proteínas fibrosas que forman la mayor parte del tejido de sostén de los organismos animales.

Colágeno

Se encuentra abundantemente en el tejido conjuntivo del músculo, en los huesos y la piel. Sin duda es la proteína animal más abundante. El colágeno es una triple cadena de aminoácidos enrollada en forma de hélice de forma muy compacta, lo que es posible porque



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contiene una gran cantidad del aminoácido glicina (que es el más sencillo y el menos voluminoso de los 20 aminoácidos).

El colágeno tiene de especial en su composición que contiene aproximadamente un 30% de glicina y un 25% de dos aminoácidos especiales: la hidrohiprolina e hidroxilisina.

El papel de la glicina es sumamente ya que por cada vuelta de la hélice que se completa, un aminoácido debe quedar en el centro para que sea posible una estructura tan compacta (ver figura ).

El hecho de que se complete una vuelta de la hélice por cada 3 residuos de aminoácido está de acuerdo con la elevada proporción de glicina que tiene el colágeno (algo superior al 30%).

Con respecto al contenido en hidroxiprolina e hidroxilisisina, contribuyen a darle rigidez al formar enlaces itercatenarios. Hay que decir que no deben considerarse nuevos aminoácidos ya que no existen como tales fuera de la molécula de colágeno, sino que son hidroxilados in situ, una vez forman parte de la molécula (un colágeno inmaduro que se llama tropocolágeno) por una enzima especializada que requiere ácido ascorbico como cosustrato (el escorbuto es una malformación del colágeno por falta de vitamina C).

La rigidez del colágeno formado depende de la cantidad de hidroxilisina e hidroxiprolina que contenga la hélice y esto es propio de cada especie animal.

Punto de fusión del colágeno

En estado natural, tal y como se encuentra en los tejidos, el colágeno en una macroestructura insoluble en agua. Sin embargo, al elevarse la temperatura, se llega a provocar la disociación de las fibrillas y la dislocación de las hélices, obteniéndose las cadenas de proteínas individuales, aunque conservan su estructura helicoidal. Si se continua calentando, se pierde la estructura helicoidal y se obtiene una estructura orientada al azar en la que todas las cadenas interactuan que se denomina gelatina. La temperatura a la que la mitad de las moleculas de colágeno disuelto han perdido suestructura helicoidal se le denomina “melting temperature” (Tm). El equivalente en vivo es la Ts (shrinkage temperature).

Como ya se ha dicho, Tm y Ts dependen de la cantidad de prolina y lisina hidroxiladas que a su vez depende de la especie, como se ve en la tabla siguiente.



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La gelatina comercial proviene de la solubilización del colágeno en piel, huesos y raspas de animales y pescados. La gelatina comercial es un gelificante muy usado a nivel industrial y, como vd puede comprobar, se funde fácilmente con el calor y vuelve a solidificarse al enfriar.

El colágeno quirúrgico es la misma molécula de colágeno solubilizado, con una temperatura de fusión adecuada y muy purificado por sucesivos lavados.

Elastina

La elastina es el segundo polímero en importancia del tejido conjuntivo. Es otra proteína fibrosa y también contiene mucha glicina, aunque se diferencia del colágeno en que no tiene hidroxiprolina y es rica en alanina.

Respecto a las diferencias estructurales, la elastina tiene un gran número de enlaces cruzados que le confieren una elasticidad que le permite estirarse hasta tres veces su longitud inicial.

Durante la cocción, la elastina se hincha, pero no se disuelve, jugando un papel muy importante en la textura de algunas piezas de carne. La elastina es muy abundante en las paredes de las arterias y en tejidos como el pulmón, que requiere una gran elasticidad.

5 Gluten.

Se denomina “gluten” a una sustancia elástica de naturaleza proteica que se forma al amasar con agua la harina de trigo. El gluten es una estructura no del todo conocida, resultado de la interacción de las proteínas de la harina sometidas a una acción mecánica.

Para entender qué es el gluten veamos primero cómo se clasifican las proteínas presentes en diversos granos, entre ellos los cereales:

Por tanto, las proteínas de los granos suelen clasificarse en base a su solubilidad en uno u otro

medio, aunque, por supuesto, la diferencia entre estas proteínas no es sólo su solubilidad.



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Las harinas de diferentes cereales tienen la composición que se indica a continuación utilizando la clasificación mostrada en la tabla anterior:

La masa panificable es una mezcla de gluten desarrollado y almidón aun sin gelificar, con

agua retenida e ingredientes de enriquecimiento incorporados. Sólo la harina de trigo, y mucho más difícilmente la de centeno, consiguen desarrollar la estructura proteica elástica necesaria para la panificación.

Centrándonos en la harina de trigo, la fracción de proteína soluble en alcohol diluido (prolamina) se denomina gliadina y consiste en, al menos, 8 componentes diferentes de pm entre 42.000 a 47.000. La parte insoluble en alcohol diluido pero soluble en ácidos diluidos y álcalis (glutelina) de denomina glutenina y está constituida por unidades de unos 20.000 pm agrupados en conjuntos de pm de varios millones por enlaces disulfuro.

Al amasar durante un rato (una media hora) se forma una macroestructura proteica que se puede separar de la masa por lavado del almidón con agua. Se obtiene entonces el gluten que se supone es una macrored proteica obtenida por reordenamiento de los enlaces disulfuro de la glutenina y que aparece como una masa hidratada, muy elástica que, una vez seca, contiene 39% de glutenina, 45% de gliadina y un 5% de otras proteína, siendo el resto almidón, azúcares y lípidos.

La composición en aminoácidos de las proteínas del trigo se muestra a continuación.



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La formación del gluten es muy importante para la panificación ya que proporciona la

estructura elástica característica del pan que permite retener el gas y formar el esponjamiento. La formación del gluten es un fenómeno muy complejo que tiene lugar durante el amasado y que, se ha postulado, ocurre con rotura de puentes disulfuros a causa de la acción mecánica, extensión de las cadenas de proteína y formación de nuevos enlaces intercatenarios que forman una superestructura elástica y deformable.

Este postulado ha sido, al menos parcialmente, confirmado porque la adición de agentes reductores rompen el sistema disulfuro –s-s- formando sulfhidrilos reduciendo el tiempo de amasado, y luego son reconstruidos por la adición de oxidantes específicos. este tipo de aditivos se emplea mucho para acelerar y mejorar la elaboración del pan y de alguna forma confirma las hipotesis propuestas.

Ejemplo: reacción de la azocarbodiamida como oxidante rápido:

H2N-CO-N=N-CO-NH2 + 2 RSH H2N-CO-NH-NH-CO-N2H + RSSR

Azocarbodiamida Dos proteínas Biurea Proteínas unidas

6 Caseína.

La caseína o caseínas (hay varias especies diferentes), son un grupo de proteínas que constituyen aproximadamente el 80% del total de proteínas de la leche. Son proteínas fosforadas que entran dentro de la definición de globulinas, son solubles y poseen una gran capacidad de retención de agua.

La caseína está compuesta por distintas fracciones, caseína a, caseína b y caseina k que se diferencian en peso molecular y en la cantidad de grupos fosfatos que llevan unidos:



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Existe otra caseína que aparece en pequeña proporción que se asume es un producto de la

rotura de algunas cadenas de la caseína b. Las proporciones en las que aparece cada especie son:

a: 50%, b: 30% k: 15% g: 5%

La caseína aparece en la leche en forma de sal cálcica. La estructura del caseinato de calcio es bastante compleja. En realidad las caseínas a y b no son solubles en la leche en presencia del calcio (el grupo fosfato es muy insoluble en presencia de calcio). Sin embargo si se añade caseína k, el conjunto se solubiliza al formar una estructura para la que se postula la siguiente forma.

Las tres fracciones se disponen formando submicelas (caseína dispuesta en forma de balón de

rugby). La caseína se dispone de manera que interacciona por su parte hidrófoba (hacia dentro de la micela) quedando la parte hidrófila hacía fuera. Normalmente habrá entre 25 y 30 caseínas es por submicela.

La caseína k no tiene menos fosfato pero tiene carácter hidrófilo debido a la presencia de trisacáridos (azúcares de 3 monómeros) y también tienen en el extremo hidrófilo una alta proporción de grupos carbonilos (grupos ácidos de aminoácidos como el glutámico o el aspártico).

Las submicelas se unen unas con otras y se forman las micelas gracias a la formación de fosfato cálcico por la presencia de los grupos fosfato y de calcio disuelto en la leche. El límite de tamaño de la micela está en que cuando sólo quede el espacio de la caseína K ya no pueden seguir uniéndose, quedando un borde de caseína K alrededor de la micela. Por tanto, la presencia de caseína K limita el tamaño de la micela.

Las micelas se mantienen en suspensión gracias a que la caseína K presentan grupos ácidos quedando la parte externa de la micela cargadas negativamente produciéndose repulsión entre unas micelas y otras. Estos grupos ácidos de la caseína K se encuentran ionizados en el pH de la leche, si bajara este pH los grupos ácidos se protonarían y precipitarían las micelas, coagularía la leche.

6.1 Precipitación de caseínas.

Es ampliamente conocido que la caseína puede ser coagulada y precipitada para dar productos como queso, yogur, kefir, cuajada, nata o leche agrias (buttermilk) y otros derivados. La caseína se precipita por dos procedimientos: acidificación que protona los grupos fosfato (y otros) que solubilizan a la caseína k y acción de un enzima llamado cuajo animal (rennet) que descompone un pequeño trozo de la caseína k precipitando la micela completa.



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6.1.1 Precipitación ácida

En alimentos como el yogur se produce la precipitación parcial de la caseína porque los grupos ácidos se protonan y dejan de repelerse las micelas debido a una bajada de pH causada por el ácido láctico.

El proceso tiene lugar con cualquier ácido. La precipitación con clorhídrico puede representarse así:

Esta precipitación tiene lugar con cualquier ácido que baje el pH por debajo de 5,5. Puede

probarlo en su casa agregando vinagre, zumo de limón o incluso, aspirina.

Una característica de esta precipitación es que el ión calcio puede quedar en disolución si el contraión usado forma una sal soluble con el calcio como es el caso del cloruro.

Dependiendo de la cantidad y fortaleza del ácido agregado, la precipitación es más o menos drástica y completa, dando productos de consistencia pastosa, como la leche ácida, o en forma de gel, como en el caso del yogur hasta una precipitación completa con separación del suero si se emplea clorhídrico en caliente.

6.1.2 Precipitación por cuajo animal (rennet)

En este caso se produce una hidrólisis enzimática de las caseínas. El proceso, entre otras diferencias, es más lento ya que la enzima tarda varios minutos u horas en hacer efecto. En el cuajo se usan enzimas como la quimosina que se puede obtener del estómago de rumiantes jóvenes o bien de una especie de cardo (Cynara cardunculus). Esta quimosina es específica de la caseína K.

En este proceso la caseína K se rompe en sus dos partes

• La hidrófila.

• La hidrófoba: para-K-caseína.

La quimosina rompe el enlace que une esas dos partes liberándose un péptido al suero y quedándose la para-K-caseína en la micela. Como el péptido era la parte hidrófila donde estaban los grupos ácidos, ahora se pierden y ya no se repelen las micelas, precipitando las caseínas. La parte hidrófoba que queda interacciona unas micelas con otras y también aumenta el enlace fosfato formándose el coágulo y precipitando el caseinato.

El proceso puede representarse así

Dese cuenta de que en este caso el calcio precipita con la proteína.

El cuajo obtenido es la “cuajada”. Si se corta y se le deja soltar el suero, se obtiene el queso fresco. Los quesos comerciales son este mismo producto con diferentes tipos de salado y maduración.

Las diferencias entre quesos responden a la forma de tratar la pasta cuajada (en caliente, prensando, cociendo, …) y la maduración.

El casinato cálcico (caseinatos) es un producto industrial de primer orden y gran importancia comercial para la fabricación de quesos sin denominación de origen y los llamados “quesos fundidos”.



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7 Lactoalbúminas y lactoglobulinas

Son moléculas solubles que constituyen el resto de las proteínas de la leche. Aparecen en el suero, que es el líquido que escurre de la guajada durante la elaboración del queso. El suero tiene la siguiente composición en proteínas:

7.1 Lactoalbúmina

Es el segundo tipo de proteínas más abundante en la leche. Tiene un peso molecular en torno a 40.000. Es soluble en una amplia gama de condiciones de salinidad, y solo se precipita tras un calentamiento intenso que provoque su desnaturalización o sometiéndola a a pH ente 4,0 y 5,5. A continuación se expone una representación:

Las lactoalbúminas son las proteínas mayoritarias presentes en el suero de lechería que hasta

hace poco eran consideradas un subproducto cuya eliminación era un problema. Sin embargo su elevado poder nutritivo (elevada calidad biológica) y buena digestibilidad las ha convertido en un producto muy preciado.

No obstante, el suero de lechería deshidratado contiene muchos azúcares y sales. La lactoalbúmina se convirtió en un producto interesante con el desarrollo de los métodos de separación por ultrafiltración, que permiten la separación de estas proteínas en base a su peso molecular, eliminando sales y otros solutos indeseables.

7.2 Lactoglobulinas

Es la proteína más abundante en el lacto suero de la leche de vaca, que contiene de 2 a 3 gramos por litro. Es de destacar que está ausente de la leche humana.

La lactoglobulina posee numerosos grupos -SH que son responsables del desprendimiento del hidrógeno sulfurado que se produce cuando la leche se caliente por encima de 70ºC.

Para la lactoglobulina de leche de vaca hay por lo menos cuatro variantes que se distinguen la una de la otra por la sustitución de ciertos aminoácidos en la cadena proteica. Sus puntos isoeléctricos



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van de 5,2 a 5,6. Estas variantes se diferencian por su solubilidad y por su mayor o menor aptitud a polimerizarse y a modificar su estructura, según el pH.

Por lo que concierne a la polimerización, se debe resaltar que entre pH 3 y pH 7, a la temperatura ordinaria, la lactoglobulina está presente sobre todo bajo la forma de dímeros. Los cambios de pH determinan modificaciones de conformación; y por encima de pH 8, la lactoglobulina es inestable y comienzan a formarse agregados de proteínas desnaturalizadas.

El calentamiento origina reacciones análogas.

La lactoglobulina incide en los tratamientos tecnológicos de la leche. Su desnaturalización por calentamiento reduce el riesgo de coagulación de la leche durante la esterilización; pero por el contrario puede conducir a la formación de una cuajada insuficientemente firme durante la preparación de ciertos quesos, porque la lactoglobulina desnaturalizada queda adsorbida por la superficie de las micelas de caseína e impide la acción del cuajo.

8 Ovalbúmina y otras proteína de clara de huevo.

Las proteínas de la clara de huevo entran dentro de la definición de glicoproteínas, que son proteínas que llevan enlazados contenidos diversos de glúcidos a la cadena de aminoácidos. Entre éstas, la más abundante es la ovalbúmina, que es una fosfoglicoproteína.

La ovalbúmina es la principal proteína de la clara del huevo y la que le da sus propiedades características (junto con la otra albúmina no fosforada), aunque existen otras también presentes en cantidad apreciable como se muestra en la siguiente tabla:

Ovoalbúmina

La ovalbumina es, pues, una fosfoglicoproteína de 385 restos de aminoácido con un peso molecular aproximado de unos 42.7 KDa. Es una proteína de referencia en bioquímica y es conocida a la industria alimentaria por sus propiedades como transportadora, estabilizadora y formadora de emulsiones. Se desnaturaliza por calor a los 78ºC (temperatura de semidesnaturalización) perdiendo su estructura replegada de albúmina y produciendo un gel con gran retención de agua.

La ovalbúmina cambia con el tiempo hacia una estructura ligeramente diferente denominada S-ovalbúmina, de propiedades algo diferentes a la original. En primer lugar, la clara aparece más fluida y deformable y se pierde en cierta medida la capacidad de formar espumas. Por otra parte la temperatura de desnaturalización de la s- ovalbúmina asciende hasta los 86ºC. Este cambio coincide conuna apreciación de degradación en la calidad del huevo por el consumidor. Este cambio lleva unos días, pero se puede decir que cuando el huevo está al alcance del consumidor, ya se ha producido este cambio. La velocidad depende mucho de las condiciones, pero digamos que se puede inducir in vitro en 20 horas manteniendo la ovalbúmina a 55ºC a pH 10 en una disolución 100 mM de fosfato sódico.

Por otra parte, conviene señalar, respecto a las otras proteínas que el ovomucoide es inhibidor de tripsina, por lo que la clara cruda dificulta la digestión. La avidina, que está en muy baja proporción



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(0,05%), liga biotina y produce síntomas carenciales cuando se ingiere clara de huevo cruda. La avidina se desnaturaliza por la cocción y pierde esa actividad.

9 Carne y pescado.

Después de estudiar las características de las principales moléculas proteicas, consideremos las fuentes en las que aparecen a través del estudio de algunos alimentos ricos en proteínas. Veremos qué contienen las materias primas presentadas e introduciremos los principales productos obtenidos, viendo cómo afectan los procesos productivos a las macromoléculas cuyas propiedades acabamos de estudiar.

Carne y pescado son dos productos ricos en proteína muscular, diferenciándose principalmente en que la carne de pescado contiene en general menos colágeno y resulta más fácil de digerir.

En la composición de la carne entran los siguientes elementos.

Los principales productos de la industria cárnica, además de la carne fresca y congelada, son:

• Embutidos frescos (salchicha fresca, morcilla, longaniza)

• Embutidos cocidos (jamon, pollo, pavo)

• Curados (jamón)

• Embutidos fermentados (lomo, chorizo, salchichon)

• Gelificados (salchichas, mortadelas)

• Conservas de carne

• Patés.

• Gelatina (colágeno).



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En clase discutiremos el papel de aditivos como los nitritos en la conservación y acondicionamiento de estos productos, así como el uso de polifosfatos para romper el complejo actina-miosina.

Respecto a los pescados, también son un alimento predominantemente proteico, si bien hay que decir que existen muchas más especies de pescados que de animales productores de carne (incluso sin contar cefalópodos, crustáceos y mariscos) por lo que es de esperar una mayor variabilidad. En el caso de las carnes, la composición depende predominantemente del corte (parte del animal) mientras que en el caso del pescado depende más de las especie o tipo de pescado (graso-azul, magro-blanco). A continuación se muestran las composiciones de algunos pescados.

Respecto a los productos del pescado, hay que decir que se tiende a consumir mucho más en

fresco o congelado que en cualquier otra forma, si bien también se consumen en salazones, ahumados y conservas. Más recientemente el surimi, producto gelificado elaborado con carnes de diferentes pescados, ha comenzado a ganar cota de mercado.

También son un importante producto industrial las harinas de pescado y los aceites, por su particular composición.

10 Leche y derivados.

La leche es también un alimento principalmente proteico por la calidad de sus proteínas, aunque tiene también una importante cantidad de grasas y azúcares. La composición concreta depende del animal que la produzca:

El azúcar de la leche es la lactosa, que se estudiará más delante, mientras que la composición

de la componente grasa se corresponde con:



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La composición de la proteína ha sido suficientemente estudiada.

El principal consumo de la leche es como el producto líquido original o como derivados que permiten la reconstitución

• Así, en forma de leche para consumo se encuentra pasteurizada o esterilizada.

• Por otra parte, también se encuentran leches concentradas en forma de leche evaporada (se le ha retirado agua) o condensada (ha sufrido, además, una adición de azúcar).

• También se produce leche seca comercialmente conocida como leche en polvo.

Todas estas variedades existen en forma de leche entera, que conserva toda su grasa inicial, o desnatada en diversos grados.

Se fabrican derivados basados en la separación mecánica como la nata y la mantequilla.

Además existen muchos derivados cuya fabricación se basa principalmente en hacer coagular la caseína.

Si la coagulación tiene lugar por la aparición de acidez causada por la proliferación microbiana (favorecida por la lactosa) se obtienen productos como

• Yougur

• Kefir

• Leche ácida (buttermilk) y derivados (nata ácida)

La coagulación de la caseína realizada por la adición de cuajo (enzimática) es el primer paso para la elaboración de una enorme cantidad de quesos.

La coagulación también puede ser realizada por acidificación o adición de sales que precipiten el calcio y los fosfatos, dando lugar a un producto industrial intermedio denominado caseinatos, no destinado al consumo directo.

Finalmente, el aprovechamiento del suero de leche proveniente de la fabricación del queso permite obtener por secado suero seco (dry whey), que es una mezcla de lactosa y proteínas usada como aditivo en panificación y bollería. El suero se puede también separar por ultrafiltración en una fracción proteica compuesta por albúminas, globulinas y restos de la caseína denominada proteína de suero de leche (whey protein) y lactosa. La disolución de lactosa se puede aprovechar para producir etanol o vender como lactosa seca que tiene poco interés alimentario (por la intolerancia a la lactosa que presenta mucha gente) pero es un buen sustrato para medios de cultivo destinados a fermentaciones industriales.

El siguiente cuadro resume el principal valor tecnológico de cada uno de los integrantes de la leche.



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11 Huevo y derivados.

El huevo es también un alimento considerado proteico por la cantidad y calidad de sus proteínas, si bien contiene una considerable cantidad de grasa fosforada y colesterol, aunque está prácticamente exento de hidratos de carbono.

En el huevo se distinguen físicamente dos componentes principales: clara y yema (a parte de chalazas, germen y otras estructuras menores). La clara la hemos estudiado ya y de la yema se puede decir que constituye aproximadamente el 50% del huevo y que en sí misma está constituida por 1/3 de proteínas y 2/3 de grasa (base seca). Físicamente la yema consiste en un plasma homogéneo rico en lípidos y unos gránulos en suspensión constituidos por lipoproteínas. La composición del huevo se detalla en la siguiente tabla:



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El procesado de huevo, a parte de su consumo en fresco, tiene como objetivo estabilizar un

producto que es sustrato de una grave intoxicación alimentaria, la salmonelosis, por lo que es necesaria su pasteurización si no va a ser consumido en fresco.

La pasteurización del huevo es complicada por su tendencia a coagularse, pero se emplean con éxito procedimientos que operan a 60-64ºC durante 2 a 3 minutos. Estos procesos producen cierto grado de coagulación que se considera inevitable, aunque se puede reducir con la adición de sal, azúcar y/o polifosfatos. La ausencia de actividad de a-amilasa es un buen signo de calidad de la pasteurización por ser más resistente que la Salmonella. Por razones obvias, la esterilización térmica es inviable. Algunos procesos de pasteurización del huevo han propuesto el uso de dosis bajas de radiaciones ionizantes, pero no están extendidos.

Para consumo industrial se comercializa huevo entero, clara o yemas por separado en las siguientes formas, todas ellas pasteurizadas:

• Líquido

• Concentrado

• Deshidratado/en polvo

• Congelado

Todos los productos, excepto el deshidaratado, se estabilizan con ácido sórbico. El huevo concentrado se suele preparar utilizando procesos basados en membranas.



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Bibliografía

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