2.2 Proteinas y gomas. Gomas naturales y semisinteticas. Estructura quimica, funcion y aplicaciones a nivel industrial en alimentos PDF

Preview

Summary

Ensayo de Ciencia y Tecnologia de los Alimentos...

Description

Instituto Tecnológico de Tijuana

Ingeniería Bioquímica Ciencia y tecnología de los alimentos Unidad II 2.2 Proteínas y gomas. Gomas naturales y semisintéticas. Estructura química, función y aplicaciones a nivel industrial en alimentos Arevalos José Miguel

17212034

Docente: M.C. Jorge Ricardo Ocampo García

Tijuana B.C. México.

16 de Marzo de 2020.

1. GOMAS Los hidrocoloides o gomas son polímeros de alto peso molecular, no tienen grasas, son solubles en agua y tiene la propiedad de formar geles en condiciones adecuadas. Tienen la capacidad de absorber hasta cien veces su peso en agua, por lo que se utilizan como retenedores de humedad para evitar el envejecimiento de los productos y al formar los geles contribuyen a la estabilidad de la masa. (Riera, Salcedo, & Alegret, 2004) Existen gomas naturales, semisintéticas, son las que se elaboran a partir de un polímero natural que se somete a alguna transformación física o química; en esta categoría están los almidones modificados, al igual que los distintos derivados celulósicos y las gomas sintéticas, que son polímeros vinílicos y acrílicos que hasta la fecha no están aprobadas para el consumo humano, aunque presentan muchas de las propiedades de las naturales (figura 1). (Badui, 2006)

Figura 1. Ejemplos de los diferentes tipos de gomas.

Al igual que ocurre con la mayoría de los polímeros, la función de las gomas, es espesar y gelificar, cada goma presenta características físicas y 2

Químicas determinadas, que no pueden sustituirse con el uso de otro polisacárido. Estas dependen de varios factores: o Intrínseco: Propios de la molécula, como el peso molecular, los grados de ionización y de ramificación, etc. o Extrínsecos: Son propios del sistema, como el pH, la fuerza iónica, la temperatura, la concentración de los otros componentes, la interacción con los componentes del alimento en que se emplean, si se emplean solos o mezclados con otros hidrocoloides, etc. (Badui, 2006) El uso de las gomas en la industria alimentaria es muy vasto: en helados, confitería, jugos de frutas, cerveza, vinos, quesos, mermeladas, aderezos, embutidos, productos dietéticos, en panificación, etc. En cada caso, las gomas desempeñan un papel muy característico (figura 2), gracias a las propiedades funcionales que desarrollan. (Riera, Salcedo, & Alegret, 2004) (Badui, 2006)

Figura 2. Función de las gomas en algunos alimentos.

1.1

CLASIFICACIÓN DE GOMAS Productos que se utilizan como espesantes o gelificantes en diversos

productos alimentarios. Se agrupan según la fuente de las que se extraen: (Mabel, 2009)

3

1.1.2 Derivados de algas Son obtenidos de las algas: Algas marrones; La goma alginato es un polisacárido que se extrae de las algas marrón (figura 3) de las Feoficeae, donde es el componente estructural de las paredes celulares como sales de sodio, calcio o potasio. Comercialmente se extrae de Macrocystis pyrifera, Laminaria hyperborea, L. digitata y Ascophyllum nodosum. (Mabel, 2009)

Figura 3. Algas Laminaria hyperborea utilizadas para la producción de alginato.

Su estructura química (figura 4) corresponde a un polímero lineal de moléculas de ácido β (1,4)-D-manosilurónico y ácido α (1,4)-L-gulosilurónico. La relación de concentraciones de estos azúcares varía según la fuente botánica y el grado de madurez de la planta; esto influye a su vez en la viscosidad que se logra con sus soluciones. (Badui, 2006)

Figura 4. Estructura química de la goma alginato.

Algas rojas: fuente de carrageninas. Son polisacáridos constituidos por mezclas de varios galactanos parecidos entre sí con grupos semiester sulfatos 4

unidos a las unidades de azúcar. Los carragenanos comerciales contienen diferentes proporciones de los tres tipos principales: lambda, iota y kappa. (Mabel, 2009) Las gomas carrageninas, se encuentran entre los polisacáridos sulfatados, ocupa el primer lugar en cuanto a uso en la industria alimentarla. Como casi todos los polisacáridos sulfatados, proviene de la pared celular de las algas marinas rojas, Rodofícea e, siendo los géneros Chondrus (Ch. crispus, Ch. ocellatus, Eucheuma cottonii, E. spinosum Gigartina radula, Iridaea laminarioides) y Furcellaria (figura 5) los principales productores de carragenina y furcelarano, respectivamente. Otros géneros productores son Solieriaceae, Gigartinaceae, Phyllophoraceae, Hypnaceceae, Rhabdoniceae y Rhodophyllidaceae. (Badui, 2006)

Figura 5. Algas rojas Furcellaria utilizadas para la producción de carrageninas.

Su fórmula química (figura 6) consiste en unidades de D-galactosa unidas por enlaces glucosídicos α(1,3) y β(1,4) alternadamente; se diferencian entre ellas por la concentración de los azúcares anhidros 3,6anhidro-D-galactosa que contengan, y por la posición en que se encuentren los grupos sulfato, así como por la cantidad de estos últimos en la molécula D-galactosa. El peso molecular promedio de la carragenina es de 100,000 a 1, 000,000. (Badui, 2006)

Figura 6. Estructura química de la goma carragenina.

5

1.1.3 Derivados de semillas En esta categoría se encuentran la goma guar y goma garrofin. La goma de algarroba, o goma garrofín se obtiene de las semillas de algarrobo Ceratonia siliqua (figura 7), un árbol que crece en las regiones mediterráneas. (Mabel, 2009)

Figura 7. Árbol Ceratonia siliqua utilizado para la obtención de goma guar y goma garrofin.

Su estructura química (figura 8) corresponde a una galactomanana formada por una cadena de moléculas de D-manosas unidas (1,4), a la cual se le unen varias ramas de D-galactosas a través de enlaces (1,6); la relación de Dmanosas con D-galactosas (Badui, 2006)

Figura 8. Estructura química de la goma algarroba o

goma garrofín. La goma de alerce, es el heteropolisacárido que se obtiene por extracción acuosa de la madera de varios árboles de la especie Larix, principalmente L. occidentalis (figura 9). Su estructura química corresponde a una arabinogalactana formada por moléculas de L-arabinosa y D-galactosa. Tiene una estructura muy ramificada, su peso molecular es 80,000 y es muy soluble en agua, se utiliza en la elaboración de medicamentos, en la industria textil y de pinturas. (Badui, 2006) 6

Figura 9. Árbol L. occidentalis utilizado para la obtención de goma alerce.

1.1.4 Obtenidos de exudados de plantas Se encuentran la goma arábiga, goma tragacanto, goma baraya y goma tragacanto. La goma arábiga aparece como un exudado resinoso sobre heridas y grietas de la corteza de los árboles cuyo objetivo es la protección de la herida contra la invasión de enfermedades. (Mabel, 2009) La goma tragacanto se obtiene del exudado seco de varias especies de árboles Astragalus, como A. gummifer (figura 10), de la familia de las leguminosas. Se constituye por dos fracciones: una soluble en agua, llamada tragacantina y otra insoluble, llamada basorina; la primera está formada por moléculas de Larabinosa, ácido D-galacturónico, D-galactosa y D-xilosa, comprende 70% de la goma y tiene un peso molecular de 800,000 y la otra parte, la basorina es una mezcla de ácidos polimetoxilados de peso molecular 84,000 . (Badui, 2006)

Figura 10. Árbol A. gummifer utilizado para la obtención de goma tragacanto. 7

La goma Gatti, es el exudado del tronco del árbol Anogeissus latifolia (figura 11), que contiene principalmente la sal cálcica y magnésica del ácido gáttico. Es un heteropolisacárido formado por L-arabinosa, D-galactosa, Dmanosa, D-xilosa y ácido D-glucurónico, tiene un peso molecular de 12,000 y se puede emplear como sustituto de la goma arábiga. (Badui, 2006)

Figura 11. Árbol Anogeissus latifolia utilizado para la obtención de goma Gatti.

1.1.5 Obtenidas con microorganismos por biotecnología Se obtiene principalmente la goma xantán. La goma xantán es un exopolisacárido producido por Xanthomonas camprestris (figura 12), patógeno de las coles. El microorganismo se cultiva a escala industrial por fermentación aerobia en un medio formado básicamente por jarabe de glucosa obtenido a partir de la hidrólisis del almidón de maíz.

Figura 12. Xanthomonas camprestris productora de goma xantán.

8

El xantano está formado por una cadena a modo de columna vertebral idéntica a la de la celulosa. La molécula (figura 13) de xantano está formada por residuos de D-glucosa, D-manosa y ácido D-glucurónico; también contiene aproximadamente 4.7% de grupos acetilo y 3.5% de ácido pirúvico; su peso molecular es de alrededor de 3, 000,000. (Fennema, 2000) El xantano es muy utilizado en la industria alimentaria debido a las siguientes características de importancia: solubilidad en agua fría o caliente; alta viscosidad a bajas concentraciones; ausencia de cambios discernibles en la viscosidad de sus soluciones en el intervalo de temperatura 0-1 00°C, lo que las hace únicas entre los hidrocoloides; solubilidad y estabilidad en sistemas ácidos; excelente compatibilidad con la sal; capacidad de estabilizar suspensiones, emulsiones y buena estabilidad de las soluciones frente a la congelacióndescongelación. (Fennema, 2000) (Badui, 2006)

Figura 13. Estructura química de la goma xantino.

2

FUNCION Y APLICACIONES La razón principal de la amplia utilización de los hidrocoloides en la industria

alimentaría es su capacidad de modificar la reología de los sistemas alimentarios. Esto incluye dos propiedades básicas de los alimentos, es decir, el comportamiento de flujo (viscosidad) y sus características sólidas (textura). (Aditivos alimentarios, 2013)

9

o Viscosidad: Las gomas aportan viscosidad a los alimentos gracias al entrelazamiento no específico entre las cadenas de los polímeros. La viscosidad final obtenida depende del tipo de goma utilizado, de su concentración, y del sistema alimentario en el que se utiliza; además el pH y la temperatura son parámetros importantes que se deben controlar.

o

Gelificantes: Las partículas hinchadas de las gomas gelificadas combinan la formación de una estructura macroscópica con la capacidad de flujo y tienen una suave y atractiva textura sólida, que es especialmente apreciada en aplicaciones alimentarias con altos contenidos de agua.

o Emulsificantes: Como emulsionantes o estabilizantes se correlaciona con fenómenos tales como: retraso de la precipitación de las partículas sólidas dispersas, prevención de la agregación de las partículas dispersas, prevención de sinéresis de los sistemas gelificados que contienen aceites y retraso de la coalescencia de las gotitas de aceite. o Uso como películas y recubrimientos comestibles: Una película comestible se define como una capa delgada, que puede ser consumida, que recubre un alimento y que se coloca como barrera entre el alimento y el entorno circundante. Estas películas sirven para prevenir la pérdida de humedad, de gas, de aroma y la migración de lípidos. Alginatos, carragenatos, celulosa y sus derivados, pectinas, almidones y sus derivados, entre otros, han sido utilizados para este tipo de recubrimiento. o Sustitutos de la grasa: Las grasas y aceites pueden ser sustituidos con‚ agua estructurada para dar alimentos más saludables, bajos en calorías con una excelente calidad. (Aditivos alimentarios, 2013) Su aplicación es muy amplia en los alimentos, se puede utilizar en: o Panadería

o Bebidas y zumos

o Industria cárnica

o Condimentos y salsas

o Industria láctea, postres y helados

10

2.1

FIBRA CRUDA Y DIETÉTICA Con este nombre se designa un grupo muy amplio de polisacáridos, de los

considerados estructurales, que no son aprovechados metabólicamente por los organismos monogástricos, incluyendo al hombre, pero que cumplen una función muy importante en el bienestar. (Badui, 2006) La fibra dietética es definida por el método utilizado para su medida, de los cuales existen varios (figura 14). Tanto los materiales insolubles de las paredes celulares de las plantas, entre ellos celulosa y lignina, como algunos polisacáridos solubles distintos del almidón, son considerados componentes de la fibra dietética. La fibra está constituida por los componentes estructurales de las paredes celulares de los vegetales, entre los que destacan la celulosa, la hemicelulosa y las pectinas. Estos polímeros no se encuentran de manera natural en los alimentos de origen animal, ya que son exclusivos de los vegetales. La composición de dichas fibras es muy variada en los distintos alimentos, 102, 143 y depende de muchos factores, entre los que destaca la madurez del producto. (Fennema, 2000) (Badui, 2006)

Figura 14. Porcentaje de fibra dietética en algunos alimentos.

La importancia de la fibra en la dieta fue puesta de manifiesto en la década de los setenta; a raíz de esto se han efectuado muchos estudios que relacionan la ausencia de fibra con diversos problemas de salud, tales como constipación, diverticulosis, colitis, hemorroides, cáncer en el colon y en el recto, diabetes mellitus, ateroesclerosis y otros. Algunos polisacáridos sobreviven casi intactos tras el tránsito por el tracto gastrointestinal completo. Éstos, junto a grandes

segmentos de otros polisacáridos, proporcionan volumen al contenido intestinal y reducen el tiempo de tránsito. Como se ha indicado, son un factor positivo para la salud puesto que disminuyen la concentración de colesterol en sangre. El mecanismo parece ser el arrastre de las sales biliares, y la reducción por tanto de su reabsorción en el intestino. Además, la presencia de grandes cantidades de moléculas hidrófilas mantiene un alto volumen de agua en el contenido intestinal, que resulta en su ablandamiento y la consiguiente facilidad de paso a través del intestino. (Badui, 2006) (Fennema, 2000) 2.2 Aplicaciones alimenticias a nivel industrial La característica de goma guar como fijador de agua la hace ideal como agente de hidratación rápida en la formación de soluciones coloidales viscosas. Es versátil como espesante o modificador de viscosidad. La Goma Guar se usa en los estabilizadores de helado, sobre todo a temperatura alta, en procesos de tiempo corto dónde las condiciones requieren 80 ºC durante lapso de 20 a 30 segundos. (Calceno, 2004) Se usa en una variedad de productos de queso suaves, en quesos crema procesados y pasteurizados y en la producción para aumentar el rendimiento de sólidos de la cuajada. Produce cuajadas suaves, compactas, de textura excelente. (Calceno, 2004) a) Panadería La goma guar, cuando es agregada a diferentes tipos de masas durante el amasado, aumenta el rendimiento, da mayor elasticidad y produce una textura más suave, vida de estante más larga y mejores propiedades de manejo. En pasteles y masas de bizcocho, la goma guar produce un producto más suave que se saca fácilmente de los moldes y se rebana fácilmente sin desmenuzar. (Calceno, 2004) b) Carne La goma guar actúa como un aglutinante y lubricante en la fabricación de una variedad de productos de carne como salchichas, productos de carne llenados y comida animal enlatada. (Calceno, 2004) c) Bebidas La goma guar es útil espesando diferentes bebidas de fruta y bebidas

dietéticas sin azúcar. Se usa para estabilizar jarabes de chocolate y mezclas de chocolate en polvo. Néctares de frutas que consisten de puré de fruta, jugo de fruta, azúcar, ácido ascórbico y ácido cítrico obtienen una textura buena y una viscosidad estable mediante la adición de 0.2 a 0.8% goma guar. (Calceno, 2004) d) Aderezos y Salsas La propiedad para espesar de la goma guar se usa para mantener la estabilidad y apariencia de aderezos, salsas de encurtidos, aderezos condimentados y salsas de barbacoa. (Calceno, 2004) 2.3

Industria Farmacéutica y de Cosméticos La goma guar se usa como un depresor del apetito y como desintegrador y

agente aglutinador en tabletas comprimidas. También se usa para espesar diferentes cosméticos como lociones y cremas. (Calceno, 2004)

Bibliografías Aditivos alimentarios, S. (11 de 2013). EPSA. Obtenido de http://www.aditivosalimentarios.es/php_back/noticias/archivos/EPSAempresasTF90.pd f Badui, S. (2006). Química de los alimentos. Naucalpan de Juárez, Edo. de México: Pearson Educación. Fennema, O. R. (2000). Química de los alimentos. Acribia. Mabel, R. F. (2009). La química en los alimentos. Buenos Aires, Argentina.: Ministerio de Educación de la Nación. Instituto Nacional de Educación Tecnológica. Pérez, V. M. (2012). Composición química de los alimentos. Tlalnepantla, Estado de México. : Red Tercer Milenio. Riera, J. B., Salcedo, R. C., & Alegret, P. L. (2004). Química y Bioquímica de los alimentos II. i Edicions. Calcaneo, G. (2014). Goma guar, usos y aplicaciones en la industria - Corporativo Quimico Global. Corporativo Quimico Global. Retrieved 19 March 2020, from https://quimicoglobal.mx/goma-guar-usos-y-aplicaciones-en-la-industria/.

12...