UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

CUARTO SEMESTRE

LABORATORIO EXPERIMENTAL MULTIDISCIPLINARIO I

Profesoras:

I.A. Edith Fuentes Romero

I.A. Patricia Muñoz Aguilar

GELES

“Polisacáridos y proteínas a emplear”

EQUIPO 1

Integrantes:

Cruz Tenhjay Karina

Melo Cruz Stephanie

Pérez Márquez Aline Jazmín

Rincón Vázquez Ariadna Marina

Fecha de Entrega: miércoles 25 de marzo 2015

MALVAVISCOS Los malvaviscos son una espuma gelificada en la que la fase dispersa corresponde a burbujas de

aire y la fase continua es un gel. También se les conoce como marshmallows, bombones o

nubes, son unas golosinas esponjosas hechos a base de azúcar, gelatina, saborizantes y

opcionalmente algún colorante, presentadas en forma de cilindros, círculos o cuadrados.

En su forma más básica, los malvaviscos simplemente se componen de una solución de azúcar junto

con una goma alimentaria, tal como gelatina o alguna goma, como goma xantana, goma gelana, etc.

Se pueden agregar claras de huevo para la estructura - ya que son capaces de mantener grandes

volúmenes de aire, su adición permite que malvaviscos sean mucho más ligeros - y varios colorantes

y aromas para el sabor. También existen los malvaviscos elaborados con agentes espumantes,

estos tienen como base un agente espumante, que pueden ser proteínas hidrolizadas de leche,

aislados de soya o albumina de huevo. Ahora bien; los polisacáridos a utilizar en la formulación de

malvaviscos serán Goma gelana de alto acilo y Carragenina Iota, y como proteína espumante,

aislado proteico de soya.

Goma gelana La goma gelana es un polisacárido lineal aniónico bien conocido por su uso como un gelificante

multi-funcional, estabilizantes y agente de suspensión en una variedad de alimentos y productos de

cuidado personal. (Ferris J.Cameron,2013)

Es un hidrocolide multifuncional con un gran potencial para ser utilizado en gran variedad de

alimentos como gelificante, texturizante, estabilizante, formador de películas y agente estructurante y

de suspensión; Forma geles muy fuertes en concentraciones tan bajas como 0.05%. (Pasquel Antonio,

2001).

La goma gelana es un polisacárido de fermentación producida por el microorganismo Sphingomonas

elodea (previamente identificados como Pseudomonas elodea, pero posteriormente reclasificado).

CP Kelco encontró este organismo cuando se llevó a cabo un programa de cribado de todo el mundo

para descubrir interesantes y nuevas gomas útiles que se podrían hacer por fermentación. En el

momento de su descubrimiento, se piensa que la goma gelana es un agente gelificante "universal".

El hecho es que las texturas del gel de la goma gelana puede dar una gel suave y elástico y un gel

duro y frágil es inusual. La goma gelana pueden formar geles utilizando ambos tipos cationes

monovalentes y divalentes. La goma gelana se puede utilizar en muy bajos niveles de uso y sus

geles muestran una excelente estabilidad térmica. Con su combinación única de propiedades, es

fácil entender por qué la goma gelana tiene gran atractivo para la industria alimentaria.

COMPOSICIÓN QUÍMICA

La estructura molecular de la goma gelana es una cadena lineal basado en la repetición de la

glucosa, ramnosa y unidades de ácido glucurónico (véase la figura 1). En su forma nativa o de alta acilo,

dos sustituyentes acilo - acetato y glicerato - están presentes. Ambos sustituyentes se encuentran en

el mismo residuo de glucosa y, en promedio, hay un glicerato por repetición y un acetato por cada

dos unidades de repetición. En bajo acilo goma gelana, los grupos acilo son ausente.

La estructura de la goma gelana se ha estudiado ampliamente el uso de técnicas tales como rayos

X.difracción y modelado molecular. Los estudios sugieren que el polímero de goma de gelano adopta

una doble hélice estructura después del calentamiento y de enfriamiento. Si el enfriamiento se realiza

en la presencia de cationes, la doble hélices se agregan en las redes de largo alcance. Cuando la

concentración de la goma es lo suficientemente alta, esta estructura de la red se convierte en un gel

demoldable. Los grupos acilo estabilizan la doble hélice, pero interfieren con la agregación de doble

hélice en la goma de alto acilo.

El gel de la goma de alto acilo es suave y elástico. La goma de bajo acilo sin los grupos acilo que

interfieren, forma geles que son firmes y quebradizos.

* Hidratación de goma gelana de alto acilo

La goma gelana de alta acilo se hincha en agua desionizada, creando una consistencia como una

pasta hinchada de almidón. Los bajos niveles de iones de sodio inhiben este comportamiento

hinchazón de modo que la adición de sales de sodio es una estrategia útil para mejorar la dispersión

de goma y para minimizar la viscosidad durante el procesamiento. Se requiere calor para hidratar

completamente la goma de alta acilo gelana. Mientras que los iones afectan a la dispersión y el

comportamiento de partículas en la hinchazón, la hidratación completa de la goma gelana de alto

acilo es relativamente insensible a los iones. Se hidrata entre 70◦C y 80◦C (158◦F y 176◦F), incluso

en concentraciones relativamente altas de iones. En contraste con la goma de bajo acilo, el efecto de

calcio en la goma de alto acilo es pequeño. Porque el calcio tiene poca influencia en la temperatura

de hidratación, los secuestrantes no facilitan hidratación.

Ambas formas de baja y alta acilo de goma gelana pueden dispersarse directamente en la leche y

hidrata en calor durante el procesamiento normal. Como se ha mencionado ya, sólidos y bajo pH

disuelto pueden inhibir la hidratación de la goma para ambas formas de goma de gelana. En

ambientes ácidos, el pH debe estar por encima de 4 para una buena hidratación. En los sistemas de

alto contenido en sólidos, debe tener cuidado, para asegurarse que hidrate la goma gelana. Se

necesita un producto de malla fina para facilitar la hidratación en presencia de azúcares. El efecto de

inhibición puede evitarse manteniendo los niveles de citrato de sodio (secuestrante) de menos de

0,2%. En los sistemas sólidos bajos, los iones calcio necesitan ser removidos para permitir que la

goma gelana hidrate. Esto se hace fácilmente utilizando un secuestrante, como citrato de sodio.

Una estrategia general para la hidratación goma gelana se da en la Fig. 2. Aunque diseñado para la

forma bajo acilo, estas condiciones también permitirá la hidratación completa de la goma de alto acilo.

Como regla general, se añade la goma gelana a las soluciones con niveles bajos de calcio,

moderada pH y los niveles de azúcar disueltos de menos de 25%. Una vez hidratado, sales, ácido y

adicional azúcares se pueden agregar para formar el alimento final. (Imeson Alan, 2006).

* Uso de la goma gelana en confitería:

La goma gellan puede ser utilizado en confitería y productos de panadería. La función principal de la goma gellan en productos de confitería es proporcionar estructura y textura para reducir el tiempo de conjunto de jaleas de almidón. Adicionalmente, gellan puede evitar fluctuaciones de humedad en alimentos azucarados, glaseados y coberturas. Es capaz de formar geles en presencia de calcio o de ácidos con concentraciones de polisacárido tan bajas como el 0,05%. Se utiliza en la fabricación de helados, mermeladas, malvaviscos, etc. (Ver tabla 1).

carragenina iota La carragenina es un hidrocoloide que encuentra aplicación máxima en postres lácteos como budines, batidos, helados y chocolate con leche, debido a su capacidad para formar geles en la leche en concentraciones mucho más bajas en comparación con cualquier otro agente gelificante (Puvanenthiran et al 2003;. De Vries 2004; Verbeken et al 2004). A baja concentración (2 g / l), carragenina aumenta la capacidad de retención de agua de los geles de proteína de soja (Abd Karim et al. 1999).

COMPOSICIÓN QUÍMICA

Está ubicada en la pared de las células y en la matriz intercelular del tejido de las algas. Es un polisacárido de alto peso molecular con contenido de éster sulfato de 15% a 40% formado por unidades alternadas de D-galactosa y 3,6-anhidro-galactosa (3,6-AG) unidas por ligaduras α-1,3 y β-1,4-glucosídica. La posición y el número de grupos de éster sulfato así como el contenido de 3,6-AG determinan las diferencias primarias entre los tipos de carragenina kappa, iota y lambda. La carragenina tipo iota contiene de 28% a 35% de éster sulfato y de 25% a 30% de 3,6-AG.

La carragenina tipo iota es soluble en agua caliente a temperaturas superiores a la temperatura de

fusión del gel. El intervalo normal de temperaturas es de 40º a 70ºC, dependiendo de la

concentración y de la presencia de cationes.

En agua fría solamente son solubles las sales de sodio, en tanto que las sales de potasio no son

solubles en agua fría, exhiben expansión por hidratación considerable en función de la concentración,

tipos de cationes presentes, temperatura del agua y condiciones de dispersión.

Es insoluble en leche fría, pero en leche caliente es soluble y la consistencia depende de la

concentración de la solución.

La carragenina tipo iota es de difícil disolución en soluciones concentradas de azúcar a cualquier

temperatura.

Las soluciones calientes de carragenina iota posee la habilidad de formar geles termorreversibles a

través de su enfriamiento. Este fenómeno ocurre debido a la formación de una estructura de doble

hélice por los polímeros de la carragenina. A temperaturas superiores a la temperatura de fusión del

gel, los polímeros de la carragenina existen en la solución como espirales aleatorios. Durante el

enfriamiento de la solución, una red tridimensional de polímeros es formada, en la cual las hélices

dobles constituyen los puntos de unión de las cadenas de polímero. El enfriamiento adicional causa

la agregación de los puntos de unión para formar la estructura de gel tridimensional.

La presencia de asas en la cadena, así como el número, tipo y posición de los grupos de éster

sulfato tienen efectos importantes en las propiedades de gelificación. Ese mecanismo de gelificación

es básico para las soluciones de carragenina iota. Las sales de potasio o calcio son necesarias para

la obtención del gel en agua, pero no son necesarias en leche.

La carragenina iota forma geles en agua solamente con la presencia de ciertos cationes; es sensible

al ion calcio y produce geles blandos y elásticos en soluciones acuosas con sales de calcio. La

carragenina iota no presenta sinéresis. La fuerza de gel es directamente proporcional a la

concentración de carragenina y de sales. La concentración de cationes superior a un cierto límite

implicará en la disminución de la fuerza de gel. El gel formado es termorreversible y puede ser

sometido a ciclos de calentamiento y enfriamiento sin alteración considerable en la estructura del gel

(pH neutro). El aumento de la concentración de sales de potasio o calcio en soluciones acuosas

resultará en el aumento de la temperatura de gelificación.

Las temperaturas de gelificación y fusión del sol/gel dependen de la concentración de cationes. El

aumento de la concentración de sales de potasio o calcio en soluciones acuosas resultará en el

aumento de la temperatura de gelificación.

La viscosidad de soluciones de carragenina debe ser determinada en condiciones donde no exista

ninguna tendencia de gelificación de la solución. Cuando una solución caliente de carragenina es

enfriada, la viscosidad aumenta gradualmente hasta que sea alcanzada la temperatura de

gelificación. A medida que se inicia la formación del gel, hay un aumento repentino e intenso de la

viscosidad. Por lo tanto, la medida de la viscosidad de las soluciones de carragenina debe ser

determinada a temperaturas suficientemente altas para evitar el efecto de la gelificación.

La solución de carragenina es bastante estable en los pH neutros o alcalinos. Pero, los pH bajos

afectan su estabilidad, especialmente a altas temperaturas. La disminución del pH causa la hidrólisis

del polímero de la carragenina, lo cual resulta en la disminución de la viscosidad y de la fuerza de

gelificación. Sin embargo, una vez formado el gel, aun en los pH bajos (3,5 a 4,0) no hay más

ocurrencia de hidrólisis y el gel permanece estable. Para las aplicaciones prácticas, es importante

estar atento a las limitaciones de la carragenina en medios ácidos (solución y gel).

Una de las propiedades que diferencian la carragenina de otros hidrocoloides es su habilidad de

interactuar con las proteínas de la leche. La alta reactividad de la carragenina en la leche se debe a

la fuerte interacción electrostática entre los grupos de éster sulfato negativamente cargados de la

molécula de carragenina con la micela de caseína de la leche que posee regiones de fuerte carga

positiva. Otra forma de interacción es a través de puentes entre grupos de éster sulfato de la

carragenina con residuos carboxílicos de los aminoácidos que componen la proteína. La reactividad

con proteínas depende de muchos factores como concentración de carragenina, tipo de proteína,

temperaturay pH.

A bajas concentraciones, los geles acuosos de carragenina iota poseen propiedades reológicas

tixotrópicas. Esos geles pueden ser fluidificados por agitación o corte y vuelven a recuperar su forma

de gel elástico después que paran los esfuerzos de agitación o corte. Esta propiedad tixotrópica es

especialmente útil para suspender partículas insolubles como especies en salsas para ensaladas.

La carragenina iota, se hidrata a temperatura ambiente en agua, pero la adición de sales aumenta el

punto de gelificación que la solución se convierte en un gel con límite de elasticidad que se aplica en

preparaciones en frio de aderezos para ensaladas.

PROTEÍNA DE SOYA

Las proteínas de las leguminosas se caracterizan por tener un alto contenido de la mayoría de los

aminoácidos esenciales, exceptuando la metionina. La soya es excepcional, pues contiene

aproximadamente 38% de proteína.

Los productos de soya que contienen un mínimo de 70% de proteínas, se conocen como

concentrados proteicos de soya, se preparan a partir de harina de soya desengrasada, eliminando

oligosacáridos, la materia mineral y otros componentes solubles en agua.

Dentro de las proteínas predominantes se encuentran:

a) Albúminas, solubles en agua y en soluciones salinas diluidas; precipitan en soluciones de sulfato de amonio a una concentración cercana a la saturación. b) Globulinas, generalmente insolubles en agua pero solubles en soluciones salinas diluidas, ejemplo de éstas es la miosina. Las globulinas glicinina (11S) y β-conglicinina (7S) representan por sí solas más del 70% de las proteínas del grano de soja. Aunque tanto las formas 3S como 11S son capaces de formar una red en la interfase aire-agua, la red de 11S es menos rígida (fuerte). La diferencia en la rigidez reside en la estructura más compacta de la forma 11S y la ocurrencia de otros tipos de interacciones dentro de las moléculas. Cuadro 1. Composición de proteínas de leguminosas según la clasificación de Osborne (g/100g de proteína).

En el presente, las proteínas de soja se usan cada vez más en la elaboración de productos

alimenticios fabricados como emulsificantes, agentes espumantes, espesantes y agentes de

absorción y retención de agua.

Las espumas son dispersiones de burbujas de aire en un medio líquido que contiene un agente

activo de superficie, también llamado agente espumante. Este agente activo de superficie tiende a

situarse en la superficie, protegiendo del colapso de las burbujas. La composición y las propiedades

de la capa adsorbida determinan la estabilidad y propiedades físicas resultantes de la espuma

(Maldonado-Valderrama et al., 2007).

Cuadro 2.Valor de algunas propiedades funcionales de harinas y concentrados de leguminosas

locales comparadas con la soya.

Funcionalidad de la proteína de soya.

La funcionalidad de una proteína depende de la estructura de la molécula, en el caso de la soya,

esta tiene presencia de grupos lipofílicos e hidrofílicos los cuales facilitan su asociación con grasa y

aceite, sus propiedades pueden variar según el método de obtención (Means y Feeney, 1998;

L’hocine et al., 2006; Horneffer et al., 2007); sin embargo, en general la proteína de soya se

caracteriza por su capacidad emulsificante, capacidad de retención de agua, espumante, gelificante,

proporciona a los sistemas alimenticios características de película, adhesividad, cohesividad,

elasticidad y aumento de viscosidad (Singh et al., 2008).

Esta macromolécula tiene una compacta estructura terciaria y presenta estructura cuaternaria (Liu et

al., 1999); además, tiene una gran actividad interfacial, la cual le permite tener una gran capacidad

emulsificante y espumante (Santiago e t al., 2007; Rodríguez et al., 2005; Martin et al., 2002). Se ha

demostrado su capacidad gelificante (Maltais et al., 2008; Renkema, 2004) y su estabilidad térmica

(Sorgentini y Wagner, 1999), el grado de exhibición de estas propiedades depende de su

concentración en el sistema donde es utilizada (Roesch y Corredig, 2002).

Las proteínas tienen interacciones con los polisacáridos, las cuales generalmente se dan en tres

partes (Doublier et al., 2000):

• Formación de enlaces covalentes entre dos polímeros

• Interacciones electrostáticas polianión- policatión

• Formación de un gel dúo compuesto por mutual exclusión de cada componente

Es por esto, que las propiedades gelificantes y otras propiedades funcionales de las proteínas de

soya, son modificadas en la presencia de hidrocoloides (Tolstoguzov, 1997), los cuales también

afectan sus propiedades interfaciales (Martínez et al., 2007).

Según Renkema (2001) se tienen 3 clases principales de productos de soya:

1. La harina de soya mantiene la mayor parte de la composición original de la soya, excepto el aceite,

contiene aproximadamente 50% de proteína (en base seca); además, fibra y azúcares solubles.

Este material ha servido de base para la elaboración de mezclas, eventualmente usadas en

programas estatales de asistencia nutricional. (Rueda et al., 2004).

2. Los concentrados de proteína de soya contienen del 65 al 80% de proteína, tienen un menor nivel

de carbohidratos que las harinas. El componente de carbohidratos residual y la proteína de

concentrados proporcionan una buena funcionalidad para extruidos y texturizados. Además, nuevas

tecnologías permiten empleos en bebidas alimenticias y alimentos en barras.

3. La proteína aislada de soya contiene 90% de proteína (en base seca) y no presenta azúcares o

fibra dietética. Procede de un proceso de refinación de los concentrados o de las harinas, posee alta

digestibilidad y se usa para mejorar la calidad y cantidad de proteína en numerosos alimentos y

también por sus propiedades funcionales.

La proteína aislada es reconocida como la más funcional de las proteínas de soya, en el caso de

bebidas, imparte un interesante mouthfeel y da mayor cremosidad y cuerpo.

Tabla 2. Propiedades Espumantes de los productos.

Existen también productos alimenticios en los cuales el aislado de soya es utilizado para impartir

propiedades de batido o espumantes incluyendo confitería (nougats, malvaviscos, jarabe de

chocolate), coberturas batidas, coberturas de azúcar, postres congelados y varios tipos de pasteles.

Tradicionalmente se usa albúmina de huevo como espumante, pero la proteína de soya ha probado

ser un buen sustituto parcial o total.

Es así como el aislado de soya se muestra como un ingrediente versátil, para el cual se han

encontrado aplicaciones también en quesos frescos, semianálogos y análogos, bebidas proteicas,

yogurt, postres helados, polvos lácteos, reemplazantes lácteos, sopas, cereales para desayuno,

pastas y comida para mascotas.

Ferris, C. J., Gilmore, K. J., Wallace, G. G. & in het Panhuis, M. (2013). Modified gellan gum hydrogels for tissue engineering applications. Soft Matter, 9 (14), 3705-3711. http://ro.uow.edu.au/cgi/viewcontent.cgi?article=1353&context=smhpapers

Ishwar B. Bajaj, Shrikant A. Survase, Parag S. Saudagar and Rekha S. Singhal. Gellan Gum: Fermentative production, Downstream processing and applications. University of Mumbai, India, 2007. http://www.ftb.com.hr/images/pdfarticles/2007/October-December/45-341.pdf

Imeson Alan. Food stabilisers, thickeners and gelling agents. Wiley-Black Well. Reino Unido, 2010.

Pasquel Antonio. GOMAS: una aproximación a la industria de alimentos. Revista Amazonica de Investigación alimentaria. V,1. N°,1. 2011