NUEVOS POLISACARIDOS EN ESTUDIO

HIDROCOLOIDESINTRODUCCINLos hidrocoloides son molculas muy grandes (macromolculas) que tienen una gran afinidad por el agua donde se disuelven en mayor o menor medida y modifican su reologa, aumentando la viscosidad del lquido y llegando, en ocasiones, incluso a gelificar dando un aspecto slido a ese lquido.Son hidrocoloides estructuras bien conocidas como las protenas (clara de huevo, gelatina...) y los almidones, pero se suele guardar este nombre para aquellas fibras con mucha capacidad para atrapar agua y que han sido clasificadas como aditivos (agar, alginato, goma arbiga, pectina...) a los que se identifica generalmente con la letra E y un nmero de 3 cifras que comienza por 4. Pero no todos los aditivos que empiezan por 4 son hidrocoloides. Tambin empiezan as algunos emulsionantes y otros estabilizantes como los fosfatos.

ESTRUCTURAS Y CARACTERSTICAS QUMICASLos hidrocoloides clasificados como aditivos son cadenas ms o menos largas de diferentes azcares y sus derivados. Estas cadenas pueden ser lineales o estar ramificadas.Segn las caractersticas de las cadenas, su longitud, sus ramificaciones, la forma en que se agrupan las ramificaciones y si tienen cargas elctricas o no, los hidrocoloides pueden ser solubles en fro o pueden necesitar un tratamiento trmico previo para poder solubilizarse y ejercer su funcin.Hidrocoloides solubles en fro: no necesitan tratamiento trmico para dar viscosidad o gelificar Alginato, Goma Guar, Goma Arbiga, Goma Xantana, Konjac... Hidrocoloides solubles en caliente: necesitan tratamiento trmico para dar viscosidad o gelificar. Normalmente el efecto se aprecia ms cuando se enfra la solucin.Agar, Carragenato, Goma Garrofn, Pectinas...

ORIGENLa mayora de hidrocoloides son de origen vegetal y se trata de fracciones de fibras ms o menos purificadas mediante procesos fisicoqumicos. Algunas de estas fibras son posteriormente modificadas qumicamente para variar y mejorar sus aptitudes tecnolgicas.Otros se obtienen por biotecnologa, cultivando en grandes reactores algunas especies de microorganismos que secretan muclagos o gomas.

FUNCIONALIDADSolubilidadPara que el hidrocoloide pueda realizar su funcin tiene que hidratarse y solubilizarse correctamente. Algunos hidrocoloides son solubles en fro y tienden a formar grumos en la dispersin de agua debido a su gran avidez por ella. Para evitar los grumos y lograr solubilizar correctamente se puede optar por: Dispersarlos en otros productos en polvo (azcar, dextrosa...) y aadirlos lentamente al agua mientras se dispersa con un agitador rpido (tipo trmix). Dispersarlos previamente en aceite o en un jarabe muy concentrado, y luego aadirlo al agua como en el caso anterior.Otros hidrocoloides requieren una fase de calentamiento para poder solubilizarse. En este caso no suelen presentar problemas o grumos al dispersarlos en el agua fra que posteriormente se debe calentar.ViscosidadUna vez solubilizados, los hidrocoloides suelen aumentar la viscosidad del medio ya sea directamente en el caso de los hidrocoloides solubles en fro o tras el calentamiento y enfriamiento.La mayor parte de hidrocoloides, una vez solubilizados, la viscosidad que dan al medio es inversamente proporcional a la temperatura. As, mientras ms se calienta una solucin, menor viscosidad tiene y, mientras ms fra est, mayor es sta. Alguna celulosa modificada qumicamente (E-461 y E-464) actan al revs, dando ms viscosidad cuanto ms caliente est el medio.GelificacinAlgunos de estos hidrocoloides tienen la caracterstica de formar geles. Un gel es una estructura tridimensional que atrapa el agua y la retiene, manteniendo la forma del molde donde se ha producido la gelificacin.

Gelificacin por temperaturaMuchos de los hidrocoloides gelificantes forman el gel al enfriar, ya que al disminuir la temperatura sus macromolculas pueden asociarse entre s y formar la red tridimensional que retendr el agua y mantendr la forma. Al volver a calentar el gel, ste funde y se convierte de nuevo en un lquido. Es el comportamiento clsico de la gelatina.Hidrocoloides que se comportan de este modo son el agar y el carragenato.Como ya se ha explicado, algunas celulosas modificadas actan de forma inversa, gelificando al calentar. Es el vaso de la metilcelulosa.Gelificacin por otras causasAlgunos hidrocoloides necesitan condiciones especiales del medio para poder gelificar. Es el caso, por ejemplo, del alginato o de la pectina LM que necesitan iones calcio para poder formar el gel o de la pectina HM que necesita acidez y muy alta concentracin de azcares.AplicacionesLas aplicaciones de los hidrocoloides son muy variadas. Algunas veces son el elemento esencial para elaborar algn producto (por ejemplo el carragenato en los flanes de vainilla) y otras ayudan a mantener la estabilidad a un producto elaborado con otro ingrediente (por ejemplo goma xantana en claras montadas).Las aplicaciones generales son: Aportar viscosidad a un producto lquido o hacer que parezca ms espeso, por ejemplo en salsas, coulis de frutas, cremas pasteleras... Gelificar y dar estructura a un producto lquido, por ejemplo flanes, puddings, mermeladas, esterificaciones... Estabilizar emulsiones y espumas, en especial nata montada o merengue. Gelificar y dar textura compacta, en gominolas, pastas de fruta...

HIDROCOLOIDES DE ORIGEN VEGETAL:1. Carragenina:La carragenina es el nombre genrico de los polisacridos lineales sulfatados de D-galactosa y 3-6-anhidro-D-galactosa, extrados de numerosas especies de algas marinas rojas de la clase Rhodophyceae. Los tres principales tipos de molculas de importancia industrial son kappa, iota y lambda carragenina (ver Figura 1). Las dos primeras actan como agentes gelificantes mientras que la ltima se comporta como un espesante (Glicksman, 1983; Roberts, 1999). Despus de cosechadas, las algas se secan al solo por medios mecnicos y se llevan a la planta de procesamiento, donde se lavan para remover la arena y el material extrao, luego se maceran y se extraen con una solucin alcalina a un tiempo y temperatura de coccin determinados; posteriormente se lava el extracto caliente, se seca, muele, mezcla y estandariza. Las carrageninas son solubles en agua caliente, generalmente a 70 C, mientras que en agua fra solo se disuelve la lambda carragenina. Asimismo, las carrageninas son solubles en leche caliente, pero tienden a gelificarse durante su enfriamiento. La kappa y la iota carragenina forman geles trmicamente reversibles bajo calentamiento y enfriamiento de soluciones acuosas. La presencia de torsiones en la cadena, as como el nmero, tipo y posicin de grupos sulfato tienen un gran efecto en las propiedades gelificantes (Glicksman, 1983).

1.1 Aplicaciones: Las aplicaciones de la carragenina se han dividido en dos grupos principales: los sistemas basados en agua y en leche. Aunque la leche es un sistema acuoso, la interaccin nica entre la carragenina con micelas de casena han desarrollado varias aplicaciones especficas en la industria lctea que la hacen diferente de los sistemas acuosos (Glicksman, 1983). La estabilizacin con carragenina de leche evaporada, leche achocolatada, helado de crema, caf crema, entre otros, ha sido en gran medida por la reaccin y constitucin del complejo entre el caseinato de sodio y la carragenina a niveles de pH especficos. Las aplicaciones tpicas de la carragenina en sistemas acuosos son postres gelificados, alimento para animales, refrescos en polvo, aderezos, salsas, carne procesada, etc. La carragenina tiene la habilidad para interactuar con las sustancias proteicas de la carne roja y de las aves (Glicksman, 1983, Helguera, 1995).1.2 Investigaciones: La funcionalidad de la carragenina en la leche se atribuye a la interaccin especfica entre esta y la casena para formar un complejo que se agrega en una red tridimensional como gel (Tziboula, 1999). Varias investigaciones se han enfocado en estudiar el comportamiento y las propiedades fsicas del sistema (kappa o iota) carragenina con casena. Oakenfull et al (1999) investigaron las propiedades fsicas del gel constituido por kappa carragenina y caseinato de sodio y llegaron a la conclusin que la fuerza del gel disminuye cuando se adiciona caseinato de sodio a una concentracin fija de kappa carragenina; sin embargo, a medida que la concentracin de caseinato se incrementa, los agregados de estos, con la kappa carragenina, se vuelven suficientes para generar una red continua. Tziboula y Horne (1999) estudiaron el efecto de la concentracin de carragenina en la gelificacin con diferentes fracciones de protena lctea demostrando que la formacin de gel difiere de acuerdo con la composicin del medio dispersante; por esta razn, la concentracin mnima requerida de carragenina para la gelificacin es mayor en leche que en suero de leche y leche descremada ultra filtrada. La influencia de la temperatura de gelificacin en la interaccin entre iota carragenina y la casena de la leche descremada fue estudiado por Langendorff et al (1999); ellos comprobaron que, por encima de dicha temperatura, la carragenina no absorbe las micelas de casena causando su floculacin por deplecin, mientras que a temperaturas menores hay una fuerte interaccin entre iota carragenina y las micelas de casena.La protena de soya se usa como ingrediente funcional en productos lcteos anlogos que tienen menos caloras y grasa. El incremento de la produccin de tofu (cuajada de leche de soya) por la interaccin protena de soya-carragenina fue investigada por Karim et al (1999), quienes demostraron que la carragenina, a una baja concentracin (2 g/l), aumenta la capacidad de retencin de agua del gel de protena de soya sin influir marcadamente en la dureza del tofu precipitado con glucona-D-lactona. Baeza et al (2002) investigaron los procesos de gelificacin de la kappa carragenina con el aislado de protena de soya y observaron un incremento en la temperatura y la velocidad de gelificacin, as como en la dureza, cohesividad, gomosidad y elasticidad del gel formado por estos dos biopolmeros en solucin acuosa, con relacin al gel constituido solo por carragenina.

2. Pectina:Los cidos pectnicos son los cidos poligalacturnicos coloidales que contienen una proporcin de grupos ster metilo. El trmino pectina designa a los cidos pectnicos solubles en agua con diversos contenidos de grupos ster metilo y diferente grado de neutralizacin, los cuales forman geles con azcar y cido bajo condiciones apropiadas (Figura 2). Actualmente, la principal materia prima para la produccin de pectina son los subproductos de la manufactura de jugos de frutas, como residuos de manzana y cscaras de ctricos. Las pectinas comerciales son productos estandarizados para obtener siempre la misma fuerza en el gel (Pilnik, 1971; Sakai, 1993).Hasta ahora, la extraccin qumica por hidrlisis cida ha sido la forma ms comn de fabricar pectina. La materia prima, previamente lavada y secada, se agrega en agua caliente que contiene un ayudante de proceso (cidos). Despus de un tiempo y temperatura determinados, los slidos remanentes se separan y la solucin se clarifica y concentra. El lquido concentrado se mezcla con un alcohol para precipitar la pectina; este precipitado se separa, se lava con ms alcohol y se seca. Los slidos secos se trituran y se mezclan con azcar o dextrosa para obtener propiedades funcionales normalizadas (IPPA, 2001). Las sustancias pcticas son insolubles en la mayora de los solventes orgnicos, pero solubles en agua, formamida y glicerol caliente. Hay dos tipos principales de pectina que producen dos geles distintos: las pectinas de alto metoxilo (> 50% de esterificacin, HM) forman geles con azcar y cido, y las pectinas de bajo metoxilo (< 50% de esterificacin, LM) producen geles con calcio (Pilnik, 1971; Sakai, 1993).2.1 Aplicaciones: La pectina es un aditivo esencial en la produccin de muchos alimentos por sus propiedades gelificantes, espesantes y estabilizantes. Las diversas aplicaciones crean la necesidad de diferentes tipos de pectina comercial (IPPA, 2001):* Las pectinas de gelificacin rpida se usan tradicionalmente en mermeladas. * Las pectinas de gelificacin lenta se utilizan en salsas, jaleas, productos de panadera, confitera, etc.* Las pectinas estabilizantes se emplean en productos protenicos cidos, tales como, yogurt, suero y bebidas de soya.* Las pectinas de bajo metoxilo se utilizan en diversos productos bajos en azcar, preparaciones de fruta para yogurt, geles de postres y salsas. Tambin, se pueden utilizar en productos altamente azucarados de alta acidez como conservas que contengan frutas cidas.2.2 Investigaciones: Se han realizado diferentes investigaciones relacionadas con la influencia de los componentes y el efecto de las condiciones de proceso en los geles a partir de pectinas de bajo y alto metoxilo. Varias aplicaciones tecnolgicas de la pectina se obtienen por la interaccin que esta presenta con otros compuestos. La hespiridina (flavonoide insoluble) en forma cristalizada contribuye con la turbidez del jugo de naranja; el trabajo de Ben Shalom y Pinto (1999) concluy que la interaccin especfica entre la hespiridina y la pectina puede estabilizar la primera en solucin acuosa. Khalil (1999) evalu la absorcin de aceite y las propiedades sensoriales de papa a la francesa utilizando un recubrimiento sencillo de una mezcla de cloruro de calcio y pectina o alginato sdico; esta investigacin determin que la papa a la francesa con el recubrimiento de la mezcla de 0,5% de cloruro de calcio y 5% de pectina absorbi menos aceite y obtuvo el mayor puntaje sensorial en todos los atributos.

Fu y Rao (1999) investigaron la prdida de la estructura del gel de pectina de bajo metoxilo y los iones de calcio con cosolutos como sacarosa y sorbitol durante el calentamiento a un pH 4. Para ello tomaron una concentracin fija de pectina (LM) y observaron que la temperatura de fusin se incrementaba con el aumento del contenido de sacarosa y disminua a mayor concentracin de sorbitol. Evageliou et al (2000) analizaron los efectos del pH y la concentracin de sacarosa en la formacin del gel a partir de pectina de alto metoxilo durante el enfriamiento, as como los cambios que suceden cuando la sacarosa se reemplaza por otros cosolutos (glucosa y fructosa) y demostraron que la red entrecruzada se form con una concentracin de sacarosa al 65% enfriando a 5 C con un pH de 4,7; al reemplazar la sacarosa por otros cosolutos cambian la temperatura de gelificacin, siendo mayor con glucosa que con fructosa.

3. Goma guar:La goma guar se obtiene del endospermo de la semilla del Cyamopsis Tetragonolobus, planta que pertenece a la familia de las leguminosas y crece en zonas ridas o semiridas de India, Pakistn y una limitada extensin en Texas y Arkansas (Penna, 2002; Dziezak, 1991).La goma guar es un polisacrido constituido por una cadena recta de unidades de manosa ligada a los lados con unidades sencillas de galactosa a razn de 2:1 (manosa: galactosa), como se observa en la Figura 3 (Penna, 2002). En la manufactura comercial, la cscara puede soltarse por remojo en agua y removerse por molienda y tamizado en multietapas o por carbonizacin de la cscara con tratamiento trmico. Posteriormente, diferentes molinos de trituracin, martillo y rodillos se emplean para separar el germen del endospermo; este ltimo, con cerca del 80% de galactomanano, se lleva a un tamao de partcula fino para ser comercializado como goma guar. Una de las propiedades importantes de esta goma es su habilidad para hidratarse rpidamente en agua fra y producir soluciones altamente viscosas. La viscosidad que imparte la goma guar a la solucin depende del tiempo, temperatura, concentracin, pH, fuerza inica y el tipo de agitacin. (Dinesh, 2001).

3.1 Aplicaciones: La goma guar no es un agente gelificante y se usa principalmente como agente espesante, estabilizador y retenedor de agua; presenta un color caracterstico de blanco a amarillo claro, no tiene olor y el tamao de partcula vara de 60 a 200 m. (Dziezak, 1991; Dinesh, 2001). Se emplea en situaciones donde se necesita espesamiento, estabilizacin, control reolgico, suspensin, formacin de cuerpo, modificacin de estructura y consistencia y retencin de agua. Adems, esta goma no se afecta considerablemente a bajos valores de pH, siendo efectiva en productos cidos. En productos lcteos, como queso, sherberts y helados de crema, suministra una textura suave y reduce la sinresis. Es muy eficiente para retener agua en productos crnicos, alimento para animales y glaseados; igualmente, acta como estabilizador en aderezos, salsas, bebidas achocolatadas, nctares, jugos, sopas secas, alimentos congelados, productos de panadera, entre otros. (Penna, 2002).3.2. Investigaciones: Los cambios en la viscosidad de la goma guar y la goma garrofn en un medio acuoso, calentando a 121 C y enfriando a temperatura ambiente para simular el proceso de esterilizacin, fue estudiado por Kk et al (1999); ellos analizaron que la goma garrofin present menor degradacin durante el calentamiento a un pH neutro, comparado con la goma guar, debido a la mayor habilidad de la goma garrofn para asociarse en solucin. Closs et al (1999) evaluaron la separacin de fase en un sistema acuoso de almidn de maz y goma guar, reportando que la mezcla en seco de almidn ceroso de maz y goma guar con una concentracin mayor al 0,3% retarda el proceso de separacin. La interaccin de la goma guar y las micelas de casena fue analizado por Tuinier et al (2000) y Bourriot et al (1999), concluyendo que la mezcla de la goma guar con micelas de casena genera una separacin de fases debido a los mecanismos de deplecin-floculacin produciendo una efectiva atraccin entre las micelas de casena.La estabilidad de la goma guar en un sistema acuoso bajo diferentes condiciones cidas se ha tratado por Wang et al (2000), encontrando que esta goma es relativamente estable bajo condiciones cidas moderadas (pH 2 - 3,5); sin embargo, alta temperatura y bajo pH reducen su estabilidad en solucin.

CONCLUSIONESUno de los parmetros ms utilizados para evaluar la calidad de los alimentos es su textura, la cual se controla por los ingredientes adicionados y los procesos utilizados en su elaboracin. Los hidrocoloides, polmeros de cadena larga solubles en agua, son los aditivos texturales ms utilizados en la industria de alimentos por las propiedades funcionales que presentan en sistemas acuosos. Los hidrocoloides de origen vegetal ms empleados en la industria de alimentos son la carragenina, la pectina y la goma guar.La carragenina se aplica en diferentes productos lcteos, debido a su interaccin con las micelas de casena; la pectina se emplea en la gelificacin de sistemas alimenticios que contienen alta acidez y concentracin de azcar. La goma guar se utiliza como espesante en diferentes alimentos. Las investigaciones recientes de los hidrocoloides mencionados se han enfocado principalmente a los efectos e interacciones que presentan en un sistema alimenticio determinado. El fenmeno de interaccin entre la carragenina-casena y carragenina-protena de soya, la formacin de gel a partir de pectinas de bajo y alto metoxilo y la estabilidad de la goma guar a diferentes condiciones de proceso son los principales estudios que han realizado las universidades y centros de investigacin en el mundo.