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Producción De Geles...

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MANUAL DE PRÁCTICAS DE QUÍMICA Y FUNCIONALIDAD DE LOS ALIMENTOS

PRÁCTICA 5

PRODUCCIÓN DE GELES

1. OBJETIVOS a) Explicar el rol funcional de cada uno de los siguientes ingredientes en la formación de geles: pectinas de alto y bajo grado de metoxilo, ácido, sacarosa u otros agentes edulcorantes y agua. b) Entender los cambios en rendimiento, elasticidad y suavidad que ocurre en geles de pectina cuando las temperaturas y concentraciones del edulcorante, ácido y de pectina son variadas. c) Formular una interpretación de la teoría de formación de geles. d) Explicar la relación entre la fuerza del gel y el porcentaje SAG y las lecturas del penetrómetro.

2. INTRODUCCIÓN Los geles son sustancias semirrígidas y elásticas formadas por dispersiones coloidales o soles. El agua, componente de la fase continua de la mayoría de los geles, se encuentra inmovilizada en los espacios microcapilares constituidos por moléculas de agente gelificante. La red de éste atrapa a las moléculas del agua en los intersticios. En condiciones apropiadas un sólo coloidal de pectina puede transformarse en un gel. Los ingredientes esenciales de la mayoría de los geles de pectina son, además de ésta, agua, azúcar y ácido orgánico. Almidón. Sustancias pécticas Existen diferentes tipos de sustancias pécticas que se obtienen principalmente del bagazo residual obtenido de la producción de jugos de manzana y de las frutas cítricas. Estas sustancias tienen en común estar constituidas por 22 PRACTICA 5

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moléculas de ácido galacturónico, unidas entre sí por enlaces glucosídicos – D1,4 para formar polímeros. Los grupos carboxilo pueden estar esterificadas con metanol, insolubles en agua y responsables de la dureza de los frutos verdes; los ácidos pectínicos, parcialmente esterificados; los ácidos pécticos, sin esterificar, y las pectinas que son ácidos pectínicos con diferentes grados de esterificación y se localizan en manzanas, peras y específicamente en el albedo (capa blanca e interna de la cáscara). Éstas últimas son las de importancia comercial, ya que son responsables del cuerpo o consistencia del jugo de naranja o bien deben eliminarse en jugos de manzana y uva por medio de la clarificación. También se les utiliza como agente gelificante, debido a ser hidrofílicas, en la fabricación de mermeladas, jaleas y ates. La concentración final de pectina en gel dependerá de la cantidad evaporada de agua, la proporción de pectina/azúcar añadida antes de la evaporación. Dependiendo de la calidad de la pectina, se determinará la cantidad requerida para la formación del gel. Agua Su función es formar diferentes tipos de dispersiones, con la pectina, un gel y con el ácido y azúcar, soluciones. Azúcar La función del azúcar es reducir la actividad acuosa del sistema, deshidratando las moléculas de pectina. Las pectinas de bajo grado de metoxilo no requieren azúcar para gelificar o muy poca, debido a la presencia de iones divalentes que forman puentes entre las cadenas. En cambio las de alto grado de metoxilo (5580% de grupos carboxilo esterificados) si requieren del azúcar. La cantidad de azúcar dependerá de la cantidad y calidad de la pectina. Existen dos métodos de control de la concentración del azúcar en el gel final. La mezcla puede hervirse hasta un peso determinado, calculado con base en la cantidad de azúcar combinada con la pectina. O bien, el punto de ebullición tomarse como índice de la concentración final de azúcar en el gel formado. Aproximadamente esta concentración está entre 60-65%. Esto significa que la formación de los geles de pectina se ha llevado a cabo cuando la concentración de azúcar es capaz de elevar el punto de ebullición de la mezcla a 103-105°C. Ácido El ácido actúa neutralizando la carga de los grupos carboxílicos de la pectina, incrementándose la tendencia a asociarse de las moléculas de pectina para formar el gel. A bajo de un valor de pH de 3.5 aumenta la firmeza del gel. Ésta alcanza un óptimo entre valores de 3.4 y 2.8. La sinéresis ocurre cuando el valor de pH es menor al óptimo. Los ácidos empleados en la estructuración de geles son el ácido cítrico, málico, láctico y tartárico o se puede usar vinagre o jugo de cítricos. Si el ácido se adiciona antes de la evaporación puede hidrolizar a la 23 PRACTICA 5

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sacarosa (producción de azúcar invertido) y de esta manera prevenir su cristalización en geles almacenados.

3. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR a) b) c)

d) e)

¿Cuál es la diferencia entre gelatinización y gelificación? Describa ambos procesos. ¿Cuál es la diferencia entre gelatinización y dextrinización del almidón? ¿Cuáles son las diferencias de las moléculas que conforman al almidón ? ¿En qué proporción se encuentran en los almidones empleados en la práctica? ¿Y en los almidones de maìces cereo y alto en amilasa? ¿Cómo es la gelatinización y gelificación de estos almidones? ¿Qué es sinéresis y retrogradación? ¿Cuáles son los cuatro ingredientes esenciales de cualquier gel de pectina de alta metoxilación? ¿Cuál es el rol desempeñado por cada ingrediente? Explicar los roles en relación con la comúnmente aceptada teoría de formación de geles.

f)

¿Qué efectos se advierten cuando: i) El contenido de sacarosa es incrementado o disminuido; ii) La concentración de pectina es incrementada o disminuida; iii) La concentración de ácido es incrementada y iv) Los edulcorantes bajos en calorías son disminuidos en los geles de bajo grado de metoxilo?

g)

¿Qué ocurre cuando los edulcorantes bajos en calorías son usados en lugar de sacarosa en los geles de pectina de alto grado de metoxilo? ¿Por qué?

h)

¿Cuál es la diferencia en la composición de la pectina entre geles de alta y baja concentración de azúcar?

i)

¿Qué efectos tiene la temperatura final en la fuerza del gel de pectina? ¿Por qué la temperatura es un indicador de la terminación de un gel de pectina?

j)

Explicar el método para determinar el porcentaje SAG. Si el porcentaje SAG es más alto para un gel que para otro, ¿cuál gel de pectina es más suave?

k)

¿Son diferentes las características sensoriales y no sensoriales para los geles de pectina de bajo grado de metoxilo en comparación con los de alto grado? Si la respuesta es afirmativa, ¿por qué? 24

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l)

Explicar por qué los cristales de sacarosa pueden presentarse en geles de pectina y plantear una solución a este problema.

4. MATERIALES Y REACTIVOS 4.1 Geles de almidón Termómetro Vasos de precipitados Frascos de gerber Probetas de 250 mL Cacerolas de ¼ L Skewers Baños Papel aluminio Parrillas eléctricas

Balanzas granatarias Cucharas Almidón de maíz (maicena) Almidón o harina de arroz Almidón de papa Harina de trigo Harina para pastel o hot cake Sacarosa Hielo

4.2. Geles de pectinas Cacerolas chicas Cacerolas grandes para esterilización Termómetros Estufa Frascos para gelatina y tapaderas

Aspartamo Brochetas Galletas saladas Jugo de limón Jugo de manzana enlatado y no azucarado Papel aluminio Pectina granular Parafina Pectina líquida Vasos de precipitados de 50 y 500 mL Sacarina líquida Penetrómetro con émbolo de cabeza Sacarosa plana Potenciómetro Soluciones amortiguadoras de pH 7.0 y 4.0 5. DESARROLLO EXPERIMENTAL 5.1.

Geles de Almidón

Elaboración de la formulación base. Medir en una probeta 236 mL de agua y verterla a una cacerola, agregar poco a poco y agitando 16 g de almidón de maíz. Procedimiento básico.

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a) Calentar la suspensión de almidón de maíz a temperatura media, agitando continuamente para evitar la formación de grumos y quemaduras. b) Continuar calentando hasta alcanzar una franca ebullición y registrar la temperatura. c) Seguir la ebullición por un minuto con agitación. Cuando se alcance los 90°C, tomar 20 mL y hacer la prueba de expansión. Registrar el área. d) Calificar la opacidad de la suspensión e) El resto de la suspensión transferirlo a un frasco, tapar y ponerlo en baño de hielo hasta alcanzar los 30°C. f) Tomar 20 mL de la suspensión, realizar la prueba de expansión y registrar el área. g) En caso de formarse un gel medir la altura, además del área. h) Calificar la opacidad de la suspensión. Variables a) Realizar el procedimiento anterior con los siguientes almidones o harinas en lugar del de maíz:  Arroz.  Papa  Harina de trigo  Harina para pastel o hot cake. b) Preparar la suspensión básica con 50 g de sacarosa y realizar el procedimiento básico. c) Preparar la suspensión básica con 60 mL de jugo de limón y realizar el procedimiento básico. d) Preparar la suspensión básica con 25 g de sacarosa y 30 mL de jugo de limón. Realizar el procedimiento básico. Pruebas de Evaluación a) Prueba de expansión. En una hoja de papel de aluminio verter la suspensión de almidón y marcar el área ocupada. Retirar la suspensión y recortar la superficie y marcarla en papel milimétrico. Determinar el área. b) Porcentaje de Sag. Medir la altura de la suspensión enfriada en el frasco. Voltear el frasco y volver a medir la altura. El orcentaje de Sag se calcula a partir de la fórmula siguiente:

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% SAG = altura del gel en el frasco - altura del gel fuera del frasco altura del gel en el frasco

X 100

c) Calificar la opacidad de las suspensiones y geles de acuerdo a la siguiente escala: 1 = opaca 2 = ligeramente opaca y 3 = clara. 5.2.

Geles de Pectinas

Procedimiento para la esterilización de frascos y tapaderas a) Seleccionar cuatro frascos termorresistentes con tapaderas y revisar que no tengan defectos. Limpiar y escurrir su contenido. b) Esterilizar los frascos y tapaderas en una cacerola grande que contenga agua a ebullición durante 10 minutos. Mantener caliente. 5.3.

Geles de Pectina de Alto Grado de Metoxilo

Formulación base: 1. Jugo de manzana enlatado y no azucarado 473 mL, sacarosa 700g y pectina líquida 90 mL. Procedimiento básico: a) Pesar los ingredientes en una balanza. b) Colocar el jugo y el edulcorante dentro de una cacerola chica. Llevar la mezcla a ebullición, agitando constantemente. c) Adicionar la pectina líquida agitando sin desparramar. Mantener a ebullición por un minuto, agitando constantemente. Quitar del fuego y remover la espuma con una cuchara. d) Colocar 25 mL de muestra dentro de una jarra de 50 mL. Enfriar a 40°C y medir el pH de la mezcla. Registrar el resultado en la hoja de datos. Inmediatamente servir la mezcla en dos frascos calientes, dejando 1.5 cm entre la superficie de la mezcla y el borde del recipiente. Cuidar que no se desparrame la mezcla en el recipiente. e) Rápidamente sellar los geles de pectina añadiendo aproximadamente 20 mL de parafina caliente sobre la superficie del gel. Eliminar cualquier

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burbuja de aire formada. Cubrir los frascos con tapaderas calientes o papel aluminio. f) Etiquetar los productos y guardarlos en frío hasta su evaluación posterior. Variables: Agentes edulcorantes (seguir el procedimiento básico para geles de pectina de alto grado de metoxilo). a) Sacarosa (control). Preparar la formulación base. b) Aspartame. Preparar la formulación base, sustituyendo la sacarosa por 84g de aspartame. Adicionar este edulcorante después del proceso de ebullición. Concentraciones de sacarosa (seguir el procedimiento básico para geles de pectina de alto grado de metoxilo). a) 350g de sacarosa (50%). Preparar la formulación base usando solamente 350g de sacarosa. b) 1050g de sacarosa (150%). Preparar la formulación base usando 1075g de sacarosa. Concentraciones de ácido (seguir el procedimiento básico para geles de pectina de alto grado de metoxilo). a) 10 mL de jugo de limón. Preparar la formulación con la adición de sólo 10 mL de jugo de limón. b) 50 mL de jugo de limón. Preparar la formulación base adicionando sólo 50 mL de jugo de limón. Concentraciones de pectina (seguir el procedimiento básico para geles de pectina de alto grado de metoxilo). a) 23 mL de pectina líquida (25%). Preparar la formulación usando solamente 23 mL de pectina líquida. b) 113 mL de pectina líquida (125%). Preparar la formulación base usando 113 mL de pectina líquida. 5.4.

GELES DE PECTINA DE BAJO GRADO DE METOXILO

Formulación base: 28 PRACTICA 5

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a) Jugo de manzana enlatado y no azucarado 473 mL, aspartamo 8.5g y pectina granulada 24.5 mL. Procedimiento básico: b) Pesar los ingredientes en una balanza de alta carga. c) Colocar el jugo y la pectina granular dentro de una cacerola chica y mezclar bien. Llevar a ebullición sin desparramar. Mantener a ebullición por dos minutos, agitando constantemente. d) Quitar del fuego y adicionar el aspartame mezclando completamente. Remover la espuma con una cuchara. e) Colocar 25 mL de muestra dentro de una jarra de 50 mL. Enfriar a 40°C y medir el pH de la mezcla. Registrar el resultado en la hoja de datos. Inmediatamente servir la mezcla en dos frascos calientes, dejando 1.5 cm entre la superficie de la mezcla y el borde del recipiente. Cuidar que no se desparrame la mezcla en el recipiente. f) Rápidamente sellar los geles de pectina añadiendo aproximadamente 20 mL de parafina caliente sobre la superficie del gel. Eliminar cualquier burbuja de aire formada. Cubrir los frascos con tapaderas calientes o papel aluminio. g) Etiquetar los productos y guardarlos en frío hasta su evaluación posterior. Variables: Agentes edulcorantes (seguir el procedimiento básico para geles de pectina de bajo grado de metoxilo). a) Aspartame (control). Preparar la formulación base de los productos de bajo grado de metoxilo. b) Sacarina. Preparar la formulación base, sustituyendo el aspartame por 12 mL de sacarina. Concentraciones de edulcorante (seguir el procedimiento básico para geles de bajo grado de metoxilo). a) 0g de aspartame (0%). Preparar la formulación base del producto de baja metoxilación sin adicionar los 8.5g de aspartame.

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b) 4.3g de aspartame (50%). Preparar la formulación base usando sólo 4.3g de aspartame Concentraciones de ácido (seguir el procedimiento básico para geles de pectina de bajo grado de metoxilo). a) 125 mL de jugo de limón. Preparar la formulación base con la adición de 125 mL de jugo de limón. b) 50 mL de jugo de limón. Preparar la formulación base con la adición de 50 mL de jugo de limón. Concentraciones de pectina (seguir el procedimiento básico para geles de pectina de bajo grado de metoxilo). a) 6.2g de pectina granular (25%). Preparar la formulación base usando solo 6.2g de pectina granular. b) 31g de pectina granular (125%). Preparar la formulación base usando 31g de pectina granular. 5.5.

EVALUACIÓN DE LOS GELES

Penetrómetro a) Colocar una de las muestras de gel de pectina en la plataforma del penetrómetro y poner en funcionamiento el émbolo de cabeza plana durante un minuto. b) Repetir la prueba con la misma muestra y anotar los valores y el promedio en la hoja de datos. Porcentaje SAG a) Medir la altura de otra muestra de gel de pectina en su recipiente e insertar una brocheta, chocando la profundidad alcanzada. Ayudándose de este objeto desmoldar el producto e invertirlo sobre un plato de vidrio. b) Medir la altura del gel y calcular el porcentaje SAG de la siguiente forma. % SAG = Altura en el recipiente - Altura fuera del recipiente x 100 Altura en el recipiente c) Registrar el resultado en la hoja de datos.

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Pruebas Sensoriales a) Evaluar cada producto por medio de pruebas descriptivas de sabor y firmeza/blandura de acuerdo a las escalas descriptivas (Cuadro 1). Registrar los resultados en la hoja de datos. Cuadro 1. Descripción de características sensoriales para geles de pectina

Características Sabor suavidad

1 Muy dulce Muy duro

Algo dulce Algo duro

Rangos descriptivos 3 Entre dulce y ácido/metálico

Algo ácido/metálico

5 Muy ácido/metálico

Entre duro

Algo suave

Muy suave

Características de un producto estándar a) Textura: Las gelatinas deben ser lo suficientemente firmes para mantener su forma cuando se les aplican fuerzas para extenderlas. Masticable, pero debe ofrecer una ligera resistencia a la presión ejercida por los dientes. No debe tener gránulos. b) Claridad: El producto va de traslúcido a transparente. c) Color: Agradable. d) Sabor: Sabor pleno. Cuadro 2. Hoja de datos. Características físicas de geles de pectina de alto grado de metoxilo Variables Agentes edulcorantes Sacarosa (control) Aspartamo Concentraciones de sacarosa 350g de sacarosa (50%) 1050g de sacarosa (150%) Concentraciones de ácido 10 mL de jugo de limón 50 mL de jugo de limón Concentraciones de pectina 23 mL de pectina (25%) 113 mL de pectina (125%)

pH

Penetrómetro %SAG

(mm/min) Lectura 1

Lectura 2

Promedio

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Cuadro 3. Hoja de datos. Propiedades sensoriales de geles de pectina de alto grado de metoxilo Variables Agentes edulcorantes Sacarosa (control) Aspartamo Concentraciones de sacarosa 350g de sacarosa (50%) 1050g de sacarosa (150%) Concentraciones de ácido 10 mL de jugo de limón 50 mL de jugo de limón Concentraciones de pectina 23 mL de pectina (25%) 113 mL de pectina (125%)

Suavidad

Sabor

Cuadro 4. Hoja de datos. Características físicas de geles de pectina de bajo grado de metoxilo Variables Agentes edulcorantes Aspartamo (control) Sacarina Concentraciones de edulcorante 0g de aspartamo (0%) 4.3g de aspartamo (50%) Concentraciones de ácido 25 mL de jugo de limón 50 mL de jugo de limón Concentraciones de pectina 6.2g de pectina (25%) 31g de pectina (125%)

pH

Penetrómetro %SAG

(mm/min) Lectura 1

Lectura 2

Promedio

Cuadro 5. Hoja de datos. Propiedades sensoriales de geles de pectina de bajo grado de metoxilo Variables Agentes edulcorantes Aspartamo (control) Sacarina Concentraciones de sacarosa 0g de aspartamo (0%) 4.3g de aspartamo (150%) Concentraciones de ácido 25 mL de jugo de limón 50 mL de jugo de limón Concentraciones de pectina 6.2g de pectina (25%)

Suavidad

Sabor

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31g de pectina (125%)

6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS 6.1.

Geles de almidón

a) De acuerdo a las definiciones de gelatinización y gelificación explicar en qué casos ocurrieron. b) Considerando la teoría y las diferentes evaluaciones de las suspensiones calentadas de los diferentes almidones empleados, explicar las diferencias encontradas. c) Explicar el efecto de la adición de azúcar, jugo de limón y la mezcla de ambas sustancias en la gelatinización y gelificación del almidón de maíz. 6.2.

Geles de pectina

Después de que el alumno tabule todos los resultados, los comparará y discutirá la diferencia entre ellos consultando la literatura correspondiente considerando: a) variable: agente edulcorante, su concentración y las concentraciones de ácido y pectina. b) Posteriormente para el mismo tipo de variable, los efectos del tipo de pectina, alt...