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Situación molecular de soluciones en reposo Situación molecular de soluciones en movimiento

MACROMOLÉCULAS DE ESTRUCTURA LINEAL SUBSTITUIDA Moléculas formadas por una cadena lineal principal, de la que se desprenden ramificaciones cortas y de manera alterna. De esta manera, la molécula reúne zonas lisas y zonas ramificadas, que le confieren características de comportamiento de ambas estructuras. Forma disoluciones muy viscosas, como lo hacen los polímeros lineales; pero sus disoluciones son estables y no forman precipitados. Tienen la capacidad, de una manera general, de formar geles fuertes y flexibles.

GELIFICACION Se define como gel a la formación de masas semisólidas que engloban agua dentro de una red o malla tridimensional formada por el establecimiento de puentes de unión entre moléculas en las zonas denominadas de cristalini- dad. El número de uniones que se establezcan y su rigidez son los factores responsables de la dureza del gel y de su posible reversibilidad. Las zonas de unión se dan por acoplamientos de diferentes moléculas y se ven favorecidas por una configuración espacial similar. Se puede considerar que la gelificación se produce en dos tiempos: un primer tiempo de solubilización de las moléculas, generalmente en caliente, y un segundo tiempo donde se establecen las uniones entre las moléculas ya

122 Aditivos alimentarios

solubi- lizadas. Este intermoleculares suele

segundo

proceso

de

formación

de

enlaces


dad, superficie específica, presencia de impurezas u otras sustancias más o menos solubles como modificadores de esta propiedad. Las condiciones que dificultan la solubilidad son aquellas que favorecen la unión de las macromoléculas. Es el caso de las sustancias de configuración lineal, con gran cantidad de zonas regulares, sin ramificaciones, sin sustituyen- tes ionizados... ya que tienen tendencia a amontonarse formando zonas pseu- docristalinas que se estabilizan con puentes de hidrógeno e impiden la entrada de las moléculas de agua. La necesidad de solubilizar las moléculas del hidrocoloide obliga a que la dispersión asegure que cada partícula se encuentre separada en la disolución para evitar la formación de grumos que luego no se dispersarán. Para conseguir esta individualización se puede recurrir a: • Mezclar el hidrocoloide añadiéndolo de forma lenta y con fuerte agita ción. • Haciendo una premezcla con otros ingredientes pulverulentos solubles. • Dispersando el hidrocoloide previamente en una disolución con agua poco disponible y, por tanto, con poca capacidad de hidratación. Por ejemplo un jarabe de azúcar. • Utilizando una granulometría alta, partículas de 100 a 500 mieras. Una vez se ha conseguido esta perfecta dispersión las moléculas se han de hidratar, lo cual se realizará a partir de las zonas del hidrocoloide menos organizadas. Estas zonas hidratadas disminuyen la fuerza de las restantes uniones intermoleculares y facilitan su posterior hidratación. En esta secuencia se obtiene un estado transitorio de gel, formado por las partículas más o menos hinchadas, según las fuerzas de cohesión que se ejerzan entre las macromoléculas. Llegado este punto, si las uniones intermoleculares son relativamente débiles. una elevación de temperatura o una agitación mecánica conseguirá que las moléculas del hidrocoloide se dispersen totalmente en la solución. Si las fuerzas de cohesión son muy elevadas, caso del alginato o pectinato cálcico, únicamente se conseguirá una dispersión de partículas hinchadas.

AGENTES TEXTURIZANTES EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA E-400 ALGINATOS E- 400 Ácido algínico. E- 401 Alginato sódico. E- 402 Alginato potásico. E- 403 Alginato amónico. E- 404 Alginato cálcico.

Hidrocoloides 123

E- 405 Alginato de propilenglicol.


Se obtienen de las algas pardas. Estas algas contienen mezclas de sales del ácido algínico, componente básico en la producción de alginatos. Los alginatos consisten en una secuencia de ácidos gulurónico (G) y manu- rónico (M). Así se conocen tanto alginatos de alto-M como de alto-G dependiendo de la relación cuantitativa entre los dos ácidos que forman la molécula de alginato. En general se encuentra: • Alginatos de alto-M: las cadenas son lineales, y tienen la función de ayudar a dar conformación tridimensional aguantando a las cadenas G. Por esta razón dan lugar a un tipo de gel dúctil, flexible, elástico y con poca sinéresis. • Alginatos de alto-G\ las cadenas tienen una estructura en zig-zag y permiten una unión más fácil del calcio dándose la forma conocida como “caja de huevos” que proporciona un gel consistente, rígido , quebradizo y con sinéresis.

Unión P-1,4 del ácido D-Manurónico (estructura lineal) Unión a -1,4 del ácido L-gulurónico (estructura en zig-zag)

COONa

COONa

Estructura química del alginato sódico (Sal sódica de los ácidos $-D-manurónico y a-L-gulurónico)

El comportamiento del alginato depende, entre otras cosas, de la relación M/G y del peso molecular final, ya que condiciona las características de tex tura finales en el producto. Con la aplicación de alginatos se puede conseguir una textura de gel o un aumento de la viscosidad. Como espesantes tienen un comportamiento pseudoplástico, y bajo los efectos de un tratamiento térmico fuerte pierden una parte de su viscosidad. En este estado son poco sensibles a los efectos mecánicos y presentan buen comportamiento a los ciclos de congelación-descongelación, pudiendo presentar una pequeño incremento de la viscosidad con presencia de calcio en el medio. Las características del gel formado con alginato pueden variar mucho según la aplicación que se desee.

Hidrocoloides 125


Los alginatos varían su solubilidad según su estructura y condiciones del medio: • El ácido algínico y las sales divalentes o trivalentes son insolubles. El alginato calcico se puede llegar a disolver en medio alcalino. • Alginato sódico, potásico, amónico y de propilenglicol son solubles y pueden actuar como espesantes tixotrópicos y pseudoplásticos en ausencia de iones calcio en el medio, dando lugar a la formación de una pasta. En el caso de que existan iones calcio formarán g eles. La velocidad de unión entre el alginato y el calcio se puede modular con ayuda de un secuestrante. • Los alginatos son normalmente solubles en los sistemas acuosos que tengan un nivel de pH cercano al neutro y tienden a la precipitación a valores de pH ácidos. • Para una correcta disolución del alginato, se aconseja dispersar mezclándolo con otros ingredientes en polvo y aplicando una fuerza de cizalla, procurando no incorporar aire. Existen alginatos de sodio de más fácil dispersión. • Son solubles tanto en frío como en caliente. Una de las características distintivas de los alginatos es su capacidad para formar geles en presencia de iones divalentes y polivalentes, siendo el calcio el más importante. Un ión calcio presenta dos cargas positivas (Ca 2+ ) capaces de combinar dos grupos funcionales COO” libres de la molécula de alginato. Estos iones calcio forman puentes uniendo dos cadenas de alginato alto -G, creando la estructura “caja de huevos”. Si el número de iones calcio es pequeño la red de alginato sólo produce soluciones viscosas, pero a medida que aumenta el número de iones la solución se convierte gradualmente en un gel. También pueden darse uniones entre iones calcio y grupos hidroxilo (OH), pero estas uniones son secundarias. La gelificación tiene lugar bajo condiciones controladas en presencia de iones divalentes, a excepción del magnesio, dando lugar a geles no reversibles a la rotura ni al calentamiento y que no dan fenómenos importantes de sinéresis (expulsión del agua, inicialmente retenida, por una reorganización interna de las moléculas). Debido a la rápida gelificación de los alginatos, a menudo se usan secuestrantes (fosfatos principalmente) para controlar el proceso de gelificación y solubilidad, ya que interesa una reacción lenta para la formación de películas y geles homogéneos.

Hidrocoloides 127

Gelificación tipo “caja de huevos”

La formación de geles de alginato es compleja ya que intervienen distintos componentes. Por ello interesa conocer la relació n entre alginato, secuestrante y sal cálcica: • Alginato: a más proporción de alginato en el producto, el gel será más fírme pero puede dar lugar a texturas extrañas. Si es de alta viscosidad se aumenta la fuerza del gel y se reduce la tendencia a la siné resis. Hay que tener en cuenta la proporción M/G para conocer el comportamiento final del gel. • Sal cálcica: condiciona sensiblemente la consistencia y textura del gel que se forma, de manera que, cuando el calcio es abundante en el medio, el gel será fuerte pero granuloso y, si es bajo, el gel será más débil o únicamente se conseguirá un aumento de la viscosidad sin llegar a la formación del gel. Si la proporción del calcio es estequiométrica con el alginato, se obtiene un gel con tendencia a la sinéresis. • Secuestrante: si se aumenta su concentración en el medio a gelifícar, retarda la formación del gel. Por el contrario, si se disminuye la fuente de secuestrante, interaccionarán rápidamente el calcio y el alginato del medio dificultando la óptima solubilización del alginato. Los geles de alginato retrogradan cuando se almacenan a temperatura ambiente, lo que no ocurre cuando actúan como espesantes. La actividad o comportamiento del alginato se ve afectada en general por los siguientes factores: • Temperatura: a temperatura alta no gelifican porque las cadenas tienen exceso de energía y no se alinean para formar un gel. La viscosidad es inversamente proporcional al incremento de tempera tura. De tal manera que si se aumenta la temperatura 5 o C la viscosidad baja alrededeor de un 12%. Si a este aumento de temperatura se le suma un aumento del pH y del tiempo se consigue una despolimerización de la molécula, con lo cual baja la viscosidad. Disminuyendo la temperatura se aumenta la viscosidad. Tra s un proceso de congelación/descongelación se mantiene la viscosidad inicial. • pH: a pH ácido aumenta la viscosidad y, dependiendo de la cantidad de iones calcio disponibles, puede llegar a gelifícar a pH 5. La bajada de pH aumenta la eficacia del alginato ya que se precisa menos calcio


libre en el medio para lograr funcionalidad. A pH entre 3 y 3,5 el alginato es insoluble y precipita en forma de ácido algínico. Un pH alcalino, superior a 10, provoca una bajada de viscosidad debido a una despolimerización por rotura del enlace beta. • Presencia de proteínas: a pH ácido y temperatura suave los alginatos pueden desnaturalizar las proteínas. • Azúcares: niveles altos de azúcares solubles disminuyen la fuerza del gel.

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alcance una temperatura entre 60 y 97° C. Esta es una de las ventajas que ofrece el agar, la de formar geles fuertes con un gran bucle de histéresis, es decir, una gran diferencia entre la temperatura de gelificación y la d e fusión que permite trabajar con la disolución en forma líquida en un amplio margen de temperatura. La dureza del gel de agar se ve alterada en presencia de ácidos. La adi ción de ácidos concentrados sumado al efecto de la temperatura, hidroliza total o parcialmente la molécula de agar, perdiendo su capacidad gelifica dora, que sólo puede ser recuperada, en parte, neutralizando el medio con una base. Los geles formados son resistentes, térmicamente reversibles, elásticos, transparentes, presentan sinéresis (que puede disminuir si se aumenta la concentración) y mantienen su viscosidad estable entre pH 4,5 -9. La máxima proporción de inflación de Agar es a pH 8-9 y suele inflarse menos en un medio ácido que en un medio alcalino. La concentración necesaria de agar para formar un gel es muy baja, alrededor de 0,04% ya es suficiente para una mínima gelificación que proporciona una acción protectora, prevención de difusión y propiedades de aumento de textura del alimento. En la industria alimentaria se aprovecha su funcionalidad como emulsionante, dispersante, espesante, gelificante y como estabilizante. Se puede aplicar conjuntamente con la goma garrofín, goma guar o con la gelatina para aprovechar el sinergismo existente entre ellas. E-407 CARRAGENATOS El carragenato es un hidrocoloide con propiedades gelificantes extremadamente marcadas. Se obtiene a partir de las algas rojas. Los carragenatos son polímeros de galactosa más o menos sulfatados. Su solubilidad aumenta cuanto más sulfatados están. Las mol éculas que componen los carragenatos son básicamente dos: • D-galactosa. • 3,6-anhidro-D-galactosa (AG).

Estructura molecular del E-407 Carragenato

Las algas rojas producen, a grandes rasgos, tres tipos diferentes de carrage nato: kappa, iota y lambda. La mayoría de productos comerciales de carrage -

Hidrocoloides 129


nato consisten en una mezcla de los tres, aunque normalmente predomina uno de los tipos y se vende como tal. Kappa I carragenato Contenido entre el 24%-25% de éster sulfato y 34%-36% de 3,6 AG. Forma geles Firmes y quebradizos en agua y leche. Presenta alta sinéresis. Tiene buena capacidad de retención de agua. Soluble en caliente a partir de 80- 85° C, a menos temperatura la solubilización no es total. Kappa II carragenato Su contenido varía entre 24%-26% de éster sulfato y entre 32%-34% de 3,6 AG. Forma geles firmes y elástico en agua y leche. Presenta algo de sinéresis y muy alta reactividad con leche. Solubilidad en el mismo rango de temperatura que el anterior.

Iota carragenato En este caso se encuentra un contenido entre 30%-32% de éster sulfato y 28%-32% de 3,6 AG. Forma geles elásticos en agua y leche con baja sinéresis. Buena estabilidad a ciclos de congelación-descongelación. Soluble en caliente sobre los 55° C.

Lambda carragenato El contenido de éster sulfato aumenta hasta una proporción del 35% y casi no se encuentra 3,6 AG, por esta razón no gelifica y debido a su alto grado de sulfatación es el tipo de carragenato más soluble en agua y leche fría, dando alta viscosidad al medio.

Hidrocoloides 131

• Las sales de sodio o potasio de polifosfatos o citratos, ayudan a la solubilidad de los carragenatos en frío y caliente, disminuyendo su viscosidad debido a que secuestran los iones divalentes. • En medios ácidos se pueden presentar fenómenos de despolimerización, que serán más importantes cuanto mayor sea el efecto de la temperatura y tiempo. • La textura de los geles puede variarse haciendo mezclas entre los diferentes tipos de carragenatos. Los geles formados son termorreversibles. • La estabilidad de los carragenatos a los tratamiento mecánicos es muy diferente, siendo el menos sensible el tipo lambda y el más sensible el tipo kappa. Los carragenatos del tipo Kappa e Iota, pueden encontrar sinergismos en las siguientes condiciones de aplicación: • Kappa carragenatos I/II y Goma garrofín: Dan lugar a un gel más duro y elástico y una disminución de la sinéresis, a pesar de que la goma garrofín no gelifica por sí sola. • Kappa carragenatos I/II y Harina Konjac: Dan lugar a un gel más duro y elástico y una disminución de la sinéresis. • Iota carragenato y almidón: se observa un aumento de la viscosidad de hasta 10 veces comparado con un sistema donde el almidón actúe por sí solo. En general en la industria suelen emplearse con las siguientes finalidades: • Agente espesante y texturizante: dando una amplia gama de texturas diferentes que van desde conferir “cuerpo” a distintos niveles, hasta llegar a un estado sólido obteniéndose unos geles que pueden combinar los siguientes atributos; elásticos, cohesivos, fi rmes, quebradizos, etc. • Captador y retentor de humedad: permite retener el agua natural del producto cuando es sometido a procesamientos que requieren calor. • Estabilización de emulsiones y espumas: gracias a su propiedad espesante que retarda la coalescencia de las gotas de la fase dispersa (aceite o aire). • Efecto matriz: se consigue a bajas concentraciones que da lugar a la formación de un gel tridimensional imperceptible que permite suspender sólidos sin impartir mucha viscosidad. Este efecto, que se ve favorecido por la reactividad del carragenato con la caseína, se utiliza principalmente en los batidos de chocolate para suspender el cacao. Los productos de la industria alimentaria donde se puede encontrar el carragenato son: postres tipo gelatina, zumos de fruta, mermeladas, carnes procesadas, postres de geles en leche, como el flan, suspensión y estabilización para preparados con leche (cacaos solubles, batidos...),

Hidrocoloides 132

emulsiones lácteas, productos lácteos fermentados, etc. E-407a ALGA EUCHEMA PROCESADA Este hidrocoloide es también un carragenato obtenido de las algas rojas. También se le conoce como PES (Processed Euchema Seaweed).

Hidrocoloides 133

influya en el aspecto visual del producto donde se vaya a aplicar uno u otro carragenato. E-410 GOMA DE GARROFÍN Se obtiene de la semilla del algarrobo, árbol que crece en países mediterráneos. La goma de garrotín es un galactomano formado por una cadena simple de manosa con unidades de galactosa en proporción 4:1. Las moléculas se agrupan en bloques alternando zonas lisas y zonas ramificadas, las zonas lisas se asocian en agregados pseudocristalinos que dificultan su hidratación. Se solubiliza totalmente a 80° C. Básicamente actúa como espesante, con un comportamiento pseudoplàstico, aumentando la viscosidad de sistemas acuosos o lácticos. Tiene buena resistencia a tratamientos a altas temperaturas y, al enfriarse, su viscosidad depende de la temperatura. Es poco sensible a los efectos mecánicos y tiene buena resistencia a los ciclos de congelación-descongelación. Mantiene su estabilidad aplicada en productos que se almacenan a temperatura ambiente. Es sinèrgica con el k-carragenato y con la goma xantana, dando geles elásticos y cohesionados. La goma de garrotín se aplica en una amplia gama de sistemas en alimentación como estabilizante o agente espesante y en algunos sistemas gelificados como modificador de textura.

E-410 Goma garrofin

E-412 GOMA GUAR Procede del endosperma de las semillas de guar, planta que crece principalmente en India y Pakistán, perteneciente a la familia de las leguminosas. La goma guar es un galactomano que consiste en una cadena de mañosa ramificada con unidades de galactosa en proporción 2:1. Estas


ramificaciones permiten la separación de las cadenas pri ncipales y, por consiguiente, su hidra- tación. Como consecuencia de su elevada afinidad con el agua, la goma de guar proporciona una altísima viscosidad en sistemas acuosos o lácticos, incluso en dosis bajas, presentando un comportamiento pseudoplástico. La goma guar se usa principalmente como agente espesante con viscosidad en función de la temperatura. Puede usarse en una amplia gama de productos, ya que permanece estable en un rango de pH entre 3 -11. Presenta la ventaja de ser soluble en frío. Al calentarse, si los tratamientos térmicos son fuertes, pierde en parte su viscosidad. Es poco sensible a los efectos mecánicos y tiene buena resistencia a los ciclos de congelación descongelación. Presenta muy buena estabilidad cuando los productos se almacenan a temperatura ambiente. Existe un sinergismo entre la goma guar y la goma xantana. También puede encontrarse compatibilidad junto con almidones, proteínas, goma ará biga, agar, alginato, carragenato, goma karaya, goma de garrofí n, pectinas, metilcelulosa y carboximetilcelulosa. La aplicación más habitual en alimentos se encuentra en: queso fresco, queso fundido, helados, salsas, aderezos, bebidas, productos de panadería y pastelería.

E-413 GOMA TRAGACANTO Se obtiene de algunas especies de matorral ( Astragalus). La goma tragacanto está compuesta por una mezcla de polisacáridos: • Acido tragacántico: componente insoluble en agua que confiere a la goma la capacidad de hincharse en medio acuoso. • Arabinogalactano: polímero soluble en agua que proporciona solubilidad al compuesto.


La goma tragacanto es, de todos los hidrocoloides, el que imparte mayor viscosidad dando soluciones coloidales las cuales tienen una textura simila r a un gel débil.

Hidrocoloides 136

La goma tragacanto, es soluble en agua fría y es estable al calor y a valores bajos de pH (por debajo de pH=2). Es eficiente añadida en procesos de emulsión, potenciando la mezcla e integración. En condimentos como ketchup, la goma tragacanto funciona como un emulsionante estabilizador y espesante en la fase acuosa. Suele utilizarse en aliños y salsas porque imparte una textura cremosa. Los “milk-shakes” hechos con goma tragacanto pueden tener niveles más bajos de grasa sin sacrificar la viscosidad. También se utiliza en helados para dar cuerpo y textura, conferir cremosidad, espesar y estabilizar. E-414 GOMA ARÁBIGA O GOMA ACACIA La estructura química de la goma arábiga corresponde a un heteropolisacá- rido ramificado, formado por una cadena lineal de moléculas de D-galactosa unidas por enlaces [3 (1,4) y (3 (1,6). Esta cadena central presenta ramificaciones de diversos monosacáridos entre los que podemos destacar: D-galactosa, L-arabi- nosa, L-ramnosa y ácido glucurónico que se unen mediante enlaces (3 (1,3). DGlA i

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E-414 Goma arábiga, estructura esquematizada ( Fuente: PURDUE UNIVERSITY West Lafayette. IN 47907 WA)

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La goma acacia tiene la característica de ser muy soluble en agua alrededor de 1 g/2 mi. Su viscosidad es máxima a pH 6,7 y tiende a aumentar en presencia de electrolitos y por efecto de la temperatura. Por otro lado, pierde estabilidad en medio muy ácido ya que se hidroliza. Como espesante tiene un rendimiento inferior al resto de hidrocoloide s ya que se ha de aplicar una concentración muy alta de goma arábiga para conseguir viscosidades similares al resto de hidrocoloides. En industria alimentaria tiene aplicación tecnológica para encapsulación de aromas, emulsiones, retarda la cristalización del azúcar en confitería, estabiliza espumas, aporte de fibra soluble, etc. E-415 GOMA XANTANA Se obtiene de una polimerización por fermentación de la dextrosa por la bacteria Xanthomonas campestris. Es un heteropolisacárido en cuya molécula se han podido identificar: Dglucosa, que constituye la cadena principal, y moléculas de D -manosa y Dglu- curónico. Las ramificaciones de la molécula de xantana y las características aniónicas debidas a los radicales ácido favorecen la separación de las cadenas y su hidratación, consiguiendo la solubilización total de la macromolécula.

n V II

ChLOCCH

Estructura molecular del E-415 Goma xantana

La xantana es soluble en agua y leche en frío, teniendo un efecto espesante de características no tixotrópicas y alta pseudoplasticidad (fluidifica al aplicarle una fuerza de cizalla a causa de un progresivo


alineamiento de las moléculas rígidas). Esto quiere decir que, tras una deformación cizallante intensa, la visco-


140 Aditivos karaya no alimentarios se disuelve, pero absorbe agua y se hincha produciendo una solución coloidal. El tipo de dispersión obtenida depende del ta maño de partícula de la goma que se utilice. Las dispersiones ofrecen gran viscosidad cuando se preparan con agua fría. Aunque hirviendo la dispersión se aumenta la solubilidad, también se pierde progresivamente la viscosidad. De una manera similar, la vis cosidad se ve reducida por la adición de ciertos electrolitos o por valores extremos de pH (valores de pH alcalinos se forma un mucílago irreversible). La forma seca, en polvo, de la goma karaya pierde algo de capacidad de proporcionar viscosidad en solución si se ha mantenido a altas temperaturas y humedad. La goma karaya tiene gran variedad de aplicaciones.. Como estabilizante en diferentes productos tipo merengue o aireados. Debido a su capacidad de ligar agua, la goma karaya se utiliza a bajas dosis en productos tipo granizados para prevenir la formación de grandes cristales de hielo. También se utiliza en productos cárnicos mejorando la textura en boca.

E-417 GOMA TARA La goma tara es un hidrocoloide derivado del endospermo de la semilla de Tara (Cesalpinia spinosum, algarrobo de Suramérica). Al igual que la goma de garrofín y la goma de guar, es un galactomano que consiste en una cadena principal de mañosa con cadenas laterales de galactosa en propo rción 3:1. Aunque se disuelve bastante bien en agua fría su máxima hidratación se obtiene en caliente.

Su comportamiento es más similar a la goma de garrofín que a la de guar, impartiendo viscosidad al medio donde se aplique: aparte de otras funciones como la de evitar la formación de cristales de hielo durante la congelación y mantener buena resistencia al choque térmico. Carece de reactividad con las proteínas lácteas.



por la goma gellan pueden compararse con el carragenato, debido al gel frágil y quebradizo que forma y porque los dos requieren cationes mono o divalentes para gelificar. También tiene puntos en común con el gel formado por el agar ya que presenta diferencias de temperatura en el punto de gelificación/fusión (histéresis). La goma gellan puede utilizarse en combinación con otros hidrocoloides como: goma xantana, alginato, goma guar, carboximetilcelulosa, gelatina, carragenatos, agar, pectinas o almidones modificados. E-425 KONJAC O HARINA DE KONJAC Se extrae del tubérculo de la planta Amorphophallus konjac. Contiene alrededor de 60-80% de konjac que se puede obtener por molturación vía seca o bien por molturación vía húmeda. Su uso es originario de Asia, principalmente Japón y China. El konjac contiene glucomanano de alto peso molecular que consta de mañosa y glucosa en proporción 3:2. La cadena principal es lineal y tiene asociados, de una forma aleatoria, grupos acetilados con una frecuencia de aproximadamente 1 por cada 19 unidades de glucosa/ mañosa y que son los responsables de favorecer la solubilidad en agua. Tradicionalmente las soluciones de konjac se llevaban a ebullición en presencia de una base débil para producir geles estables térmicamente. La función de la base es la de romper los grupos acetilos, reduciendo así la solubilidad en agua y permitiendo la formación de una red tridimensional de puentes de hidrógeno. El gel formado ofrece una considerable estabilidad a la temperatura (frío y calor) y a las variaciones de p H. Las soluciones de harina de konjac son pseudoplásticas, sin mostrar síntomas de tixotropía. acetilo

El

Konjac

• Aumentar ¡a acuosos:

mezcla con que lo parte del hinchan. GLUCOSA MAÑOSA MAÑOSA aumenta la viscosidad de

tiene las siguientes aplicaciones: viscosidad

de

sistemas

Cuando el konjac se agua, las moléculas componen absorben agua del medio y se Como consecuencia,

Hidrocoloides 143

medio. La capacidad de hidratación depende principalmente de la temperatura y del tiempo. • Formación de geles estables térmicamente: En general, los geles formados por moléculas de polisacáridos pierden su estructura de red al aumentar la temperatura. Por el contrario, los geles formados por konjac aumentan su fuerza con la temperatura y son estables a ciclos de calor. Hay que tener en cuenta que para formar geles con konjac es necesario añadir una base débil, como carbonato de potasio, para que permita la unión entre las moléculas tras la desacetilación. • Formación de película: El konjac ofrece buenas características de resistencia y cohesividad, con estabilidad a la temperatura y al pH. Las propiedades mecánicas del film formado pueden modificarse si se usa un humectante como la glicerina. Aumentando el porcentaje de humectante se pierde fuerza y resistencia de la película, pero se aumenta la adherencia. El konjac presenta sinergias con múltiples sustancias. Entre ellas se encuentran: • Konja-Kappa carragenato: El konjac interacciona fuertemente con el kappa carragenato formando un gel elástico termorreversible. El kappa carragenato tiene una sinergia mayor con konjac que con otros hidrocoloides, como la goma garrofín, y puede usarse como sustituto total o parcial en aquellos productos donde se haya utilizado mezclas de kappa carragenato-goma garrofín, ya que los geles que se obtendrán tendrán las mismas propiedades de textura, sinéresis, etc. pero con un contenido de sólidos totales inferior. • Konjac-Goma xantana: Estas dos sustancias interaccionan formando un gel con unas propiedades viscoelásticas únicas. El gel que se forma aguanta una gran presión sin quebrantarse, y el gel vuelve a recuperar su forma inicial. Las necesidades de penetración para romper el gel dependen de la proporción de konjac-xantana. • Konjac-Almidones: El konjac interacciona funcionalmente con muchos almidones para conseguir un considerable incremento de la viscosidad que se mantiene durante la cocción y el enfriamiento. También se consigue un aumento de la fuerza de los geles de konjac. Teniendo en cuenta todas las características y sinergismos de la harina konjac, se puede encontrar aplicada en alimentos tan diversos como: preparados cárnicos, productos de pasta, productos de bajo contenido en grasa sin perder sus cualidades organolépticas, etc. E-440 PECTINAS La pectina es un polisacárido natural y uno de los constituyentes mayorita rios de las paredes de las células vegetales. Se obtiene a partir de los subproductos de la industrialización de los cítricos y las manzanas.


Su estructura es la del ácido poligalacturónico esterificado parcialmente con grupos metilos y cadenas laterales de azúcares neutros, que facilitan la separación de las cadenas y, por consiguiente, su hidratación. COOH

H OH Estructura del ácido D-galacturónico

Las pectinas, en general, forman geles que pueden presentar retrograda ción y cuya resistencia a los ciclos de congelación-descongelación depende del contenido de azúcares del producto. Para obtener un gel con las características adecuadas, aparte de saber escoger entre los diferentes tipos de pectinas que se encuentran en el mercado, hay que conocer como afectan a la gelificación los siguientes parámetros: • Temperatura: Cuando se enfría una solución caliente de pectina aumenta la tendencia a la cohesión entre las cadenas moleculares • pH: La tendencia a la formación del gel se incrementa con la reducción del pH. • Azúcares: Los azúcares u otros sólidos solubles similares tienden a inso- lubilizar la pectina creando las condiciones para la gelificación. La gelificación se produce después de la fase de cocción del producto y se obtiene sólo si el contenido en azúcar está entre ciertos límites. • Iones calcio: Las pectinas LM gelifican sólo en presencia de una cierta cantidad de iones calcio. Se distinguen varios tipos de pectinas con aplicación industrial: • Pectinas de alto índice de metoxilo (HM), también llamadas de alto éster (HE) • Pectinas de bajo índice de metoxilo (LM) o de bajo éster (LE), y que pueden ser am¡dadas y no amidadas. Pectinas de alto índice de metoxilo (HM) Presentan un grado de esterificación superior al 50% (más del 50% de los grupos carboxilo están esterificados con metanol) y gelifican en un medio con un contenido en sólidos solubles superior al 55% y dentro de un margen de pH 2,0-3,5.

Hidrocoloides 145

Pectina HM

H ¡drocoloides

14 3

Cuanto más esterificada esté la pectina, más fácilmente se solubilizará en frío. Se recomienda dispersarla en frío y luego calentar para facilitar su hidra- tación. La pectina de alto índice de metoxilo tiene un efecto gelificante, dando lugar a geles elásticos, blandos, no reversibles térmicamente, ya sea agua o leche el medio donde se disperse. Existen pectinas HM de tipo “rapid set” que tienen una temperatura de gelificación más alta y un tiempo de gelificación más corto que las denominadas del tipo “slow set”. La solubilidad de las pectinas HM es inversamente proporcional al contenido en sólidos solubles del medio. Dado que la soluciones tienen una alta viscosidad, se recomienda realizarla en un medio con un contenido en sólidos solubles (s.s.) inferior al 20% y con fuerte agitación mecánica. Otra opción es dispersar la pectina en una solución concentrada de azúcar o glucosa (s.s.= 70-80° Brix) que tenga poco agua disponible y, a continuación, diluir con agua hasta que la solución contenga menos de un 20% de s.s. Posteriormente se debe calentar hasta 80° C para asegurar la completa solubilización de la pectina, garantizando así la no formación de grumos. Las pectinas HM se emplean en confituras y mermeladas, en productos de pastelería y confitería y en productos lácteos. Pectinas de bajo índice de metoxilo (LM) Presentan un grado de esterificación menor del 50% y no necesitan ni azúcar ni ácido para la gelificació, aunque sí una cantidad controlada de calcio u otras sales divalentes. COOCH 3

OH

COOH

OH COOH

OH

OH

COOCH 3

COOH

OH

Pectina LM

Las pectinas LM gelifican en un amplio margen de sólidos solubles (10% -

80%) y pH entre 2,5-6,5 dando lugar a geles reversibles térmicamente y más o menos cohesionados según el contenido en calcio del producto y el valor de pH. Para mejorar la solubilidad en frío de las pectinas LM se recomienda neutralizarlas parcialmente. Si no es el caso, se recomienda hidratarlas en caliente. No presentan buena resistencia mecánica.

H ¡drocoloides

14 3

Debido a su reactividad con Ca 2+ son apropiadas como agentes gelificantes o espesantes en productos lácteos, donde suelen utilizarse además de en confituras o mermeladas de bajo extracto seco.


E-460 i) CELULOSA MICROCRISTALINA (MCC)

Hidrocoloides 145

Es una forma de celulosa parcialmente despolimerizada. Se obtiene mediante una hidrólisis ácida controlada con HC1 y otros ácidos. Como resultado se obtiene una fracción soluble en ácido y otra insoluble, que es la forma cristalina. Esta fracción de la celulosa es un polvo blanco fino, insoluble en agua. La MCC suele utilizarse en combinación con CMC a diferentes proporciones para mejorar las propiedades de la primera. La celulosa microcristalina forma soluciones coloidales con características tixotrópicas. Tiene importancia de aplicación en alimentos bajos en calorías por su (“bulk”). retención de agua E-461

HO DH

r¡H DH

METILCELULOSA E-460 i) Celulosa microcristalina

Es un éter metílico de celulosa. Durante el proceso de obtención se hace reaccionar la celulosa alcalina con cloruro de metileno, obteniendo éter metílico de celulosa: R-OH + NaOH > R-ONa + H 2 0 Celulosa alcalina

R-ONa + CH,C1 ¥ R-0-CH 3 + CINa Cloruro de metileno

Éter metílico de celulosa


Hidrocoloides 147

E-464 HIDROXIPROPIL METIL CELULOSA La secuencia de reacciones que sufre la celulosa incluye, además de la sustitución con metilos, una reacción con oxido de propileno, dando lugar a una mezcla de éteres de celulosa. R-ONa + H 2 C —CH-CH 3 ----------- > R - O - CH 2 - CH r CH, ^ OH Controlando esta reacción se pueden obtener diferentes productos según las proporciones, la concentración, etc.

E-463 Hidroxipropil me til celulosa

En general las celulosas modificadas son solubles en agua fría. E-466 CARBOXIMETILCELULOSA (CMC) También se puede encontrar con el nombre de goma de celulosa, que es carboximetilcelulosa sódica purificada con diferentes grados de sustitución

según la siguiente reacción: R-OH + NaOH » R-ONa + H 2 0 Celulosa

Celulosa

alcalina

R-ONa + C1 - CH 2 0-C00H -------- > s

Acido monocloroacético

R-0-CH 2 0-C00H + NaCl Carboximetilcelulosa

R-0-CH 2 0-C00H + NaOH » R O-CH 2 O COONa + H 2 0 Carboximetilcelulosa sódica

Hidrocoloides

149

CURDLAN Es un polisacárido producido por el microorganismo Agrobacterium bio- var. Tiene como única característica la de formar geles cuando se calienta en una suspensión acuosa. Su composición es de 400-500 D-glucosas unidas linealmente por enlaces P-1,3. Los análisis muestran que está compuesto aproximadamente por 90% de carbohidratos, 5% de cenizas, 3,8% de humedad, 0,9% de proteina y el resto grasa. Al igual que los demás hidrocoloides el curdlan es una fibra dietética inerte.

CH 2 OH (SO 3)

OH (SQj) Curdlan

El curdlan es insoluble en agua a pH neutro, alcohol, y otros disolventes orgánicos. Es necesario que se disuelva en soluciones alcalinas como hidró xido de sodio, etc. La formación del gel ocurre al calentar, alrededor de 80° C, una suspensión acuosa de curdlan, obteniendo un gel irreversible, éste sería el llamado “high set”. Un segundo tipo de gel, el “low set”, parecido al agar y al kappa carragenato, se forma con un calentamiento alrededor de 60° C, con posterior enfriamiento. El gel formado experimenta sinéresis que tiende a aumentar con las temperaturas de cocción elevadas, pero que se puede reducir con concentraciones mayores de curdlan en la disolución. Otra forma de prevenir la sinéresis es mediante adición de almidones. Existen diferentes factores que afecta al gel formado por curdlan: • Tiempo y temperatura: De una manera general puede decirse que está correlacionado el incremento de temperatura con el aumento de la fuerza del gel formado. • Concentración: Aumentando el contenido de curdlan en la disolución, se aumenta la fuerza del gel. • pH: El rango de pH es amplio 2-10. • Otras sustancias: Añadidas a la suspensión con curdlan, antes de calentarla, pueden tener efectos positivos o negativos. Las sales orgánicas y los alcoholes polihídricos debilitan la fuerza del gel curdlan, pero a concentraciones bajas no tienen efecto. Concentraciones de azúcar alrededor del 30%, también ejercen una debilitación de la fuerza del gel, pero la glucosa y fructosa influyen menos.


La adición de algún almidón baja la fuerza del gel curdlan, pero al mismo tiempo previene la sinéresis. • Ciclos de congelación-descongelación: La estructura del gel permanece intacta a pesar de la sinéresis y, como resultado, la fuerza del gel cambia ligeramente. Puede controlarse con la adición de almidones modificados o no. El curdlan encuentra aplicación en los alimentos gracias a su funcionalidad como: • Modificador de textura, sin reblandecimiento, manteniendo la forma del producto. • Aumento de la elasticidad. • Retención de agua y humedad durante la congelación. • Gelificante, resistente a cambios de temperatura. • Formación de film protector con resistencia a la temperatura. • Fibra alimentaria no digerible. Con todas estas posibilidades se puede utilizar curdlan en una gran variedad de alimentos como: preparados de pescado (surimi), productos cárnicos, helados, productos dietéticos, tofu, etc. GELATINA La gelatina se obtiene del colágeno de los residuos de mataderos, principalmente de pieles, huesos y cartílagos de bovino y porcino. La estructura del colágeno es una triple hélice de tres cadenas alfa asociadas a diferentes aminoácidos (glicina, prolina, hidroxiprolina) mediante enlaces de puente de hidrógeno. Mediante procesos de transformación del colágeno se consigue obtener la gelatina que ya no conserva la estructura de triple hélice del colágeno y eso hace que sea mucho más atacable por los enzimas. Se puede encontrar dos tipos de gelatina: • Gelatina tipo A: Procede del colágeno de la piel y huesos del cerdo. El proceso de extracción es mediante un tratamiento ácido durante 24 h. El resultado es una gelatina de carga eléctrica positiva y con punto isoeléctrico entre pH 6-9,5 • Gelatina tipo B: Procede del colágeno de la piel y huesos de vacuno. El proceso de extracción es mediante un tratamiento alcalino durante varios días. El resultado es una gelatina de carga eléctrica negativa y con punto isoeléctrico entre pH 4,7-5,6. La gelatina, de forma general, debe pasar por una primera etapa de hidrata- ción en agua fría, donde no se solubiliza, pero se hincha. En esta etapa de hidratación llega a tomar de 5 a 10 veces su peso. Posteriormente a la hidrata- ción, para que llegue a solubilizarse, se ha de calentar hasta alcanzar una temperatura de 60° C. En caliente las soluciones de gelatina


son poco viscosas, pero al llegar al punto de gelificación, durante el enfriamiento, aumenta de forma muy rápida.

Hidrocoloides

152

En el punto de gelificación, se forma un gel transparente, termoreversible, elástico, con buena resistencia a los ciclos de congelaci óndescongelación y al tratamiento mecánico. No producen sinéresis y los productos almacenados no experimentan modificaciones a temperatura de medio ambiente. La fuerza del gel obtenido viene definido por el valor Bloom de la gelatina. Es un valor que puede ir desde 50 hasta 300, y a mayor índice de Bloom más fuerte será el gel que se forme. Las características del gel se ven modificadas cuando se alcanza el punto isoeléctrico de la gelatina (pH en el que la carga eléctrica de la solución de gelatina es cero, es decir no hay cargas positivas ni negativas). La gelatina presenta mayor turbidez, menor hinchamiento, menor viscosidad, los enlaces son más fuertes y la sinéresis es mayor. Pero estos efectos son poco importantes a concentraciones bajas. La gelatina tipo A ha sido tratada con ácido, es decir se le ha añadido protones (H + ) que se unen al grupo amida quedando las cadenas de aminoácidos cargadas positivamente y, por tanto, se obtiene una gelatina de carga total positiva. Para neutralizar esta carga positiva hay que añadir aniones (OH") proporcionados por un medio alcalino. Por esta razón las gelatinas de tipo A tienen un punto isoeléctrico en un margen de pH alto, entre 6 y 9,5. El caso de las gelatinas de tipo B es el contrario. Este tipo de gelatina ha sido tratada con álcalis, es decir que se le ha añadido aniones (OH ) que anulan el protón ácido de los aminoácidos, por lo que la solución queda cargada negativamente. Para neutralizar esta carga negativa hay que añadir protones (H + ) proporcionados por un medio ácido. Por esta razón las gelatinas tipo B tiene un punto isoeléctrico en un margen de pH bajo, entre 4,7 y 5,6. El punto isoeléctrico también tiene mucha importancia, a la hora de encontrar otros hidrocoloides de acción sinèrgica con la gelatina, ya que si las cargas son opuestas se puede producir una precipitación mutua. Gelatinas del tipo A (carga positiva) y del tipo B a pH<4,5 (carga positiva), precipitan en presencia de agar, carragenato, alginato y goma arábiga (todos ellos hidrocoloides con cargas negativas). Si no se quiere obtener precipitación en un medio a pH neutro se aconseja utilizar gelatina del tipo B. Existen otros factores que condicionan el proceso de gelificación: • Origen del colágeno del cual se ha obtenido la gelatina. • El peso molecular de la gelatina. A mayor peso molecular mayor viscosidad, con lo que aumenta la temperatura de fusión de la gelatina, aumentando también el tiempo de gelificación y la fuerza del gel obtenido. • Concentración de gelatina en la disolución. • El pH afecta al punto isoeléctrico de la gelatina y, por tanto, a las

características finales del gel obtenido. • Tiempo y temperatura influyen en el proceso de gelificación de la gelatina. • El punto de fusión depende del valor Bloom y de la concentración de sustancias añadidas como sinérgicas. La aplicación de gelatina en la industria alimentaria es muy amplia, ya que tiene interés funcional y nutricional, aumentando el contenido proteico. Muchos alimentos contienen gelatina, aunque no sea perceptible a simple vista. Por su funcionalidad suele aplicarse en productos de confitería y postres lácteos (yogures, mousses), para mantener la forma y consistencia, sin proporcionar textura o sensación harinosa. También se utiliza en productos y conservas cárnicas, para absorber el jugo de la carne que se produce durante la cocción. Puede aplicarse en forma de recubrimiento, protegiendo al producto contra la luz, el oxígeno y la desecación. La gelatina, debido a sus propiedades nutritivas, es un medio de cultivo idóneo para el crecimiento microbiano, por tanto se ha de tener en cuenta, cuando se utilice como recubrimiento, aislarlo del exterior con un buen envoltorio o incluir conservantes en la disolución. ALMIDÓN El almidón es un polisacárido de reserva energética de las plantas que se encuentra ampliamente en la naturaleza y es muy conocido y utilizado en la industria. Se habla de almidón cuando su obtención se realiza a partir de partes aéreas de la planta (trigo, maíz, arroz...) y se denomina fécula cuando su origen es de partes subterráneas (patata, tapioca...). Pero químicamente su composición es la misma. Su estructura es la de un homopolisacárido de moléculas de D anhidroglucosa unidas mediante enlace a( 1,4) y a( 1,6). Está constituido por dos tipos de polímeros, amilosa y amilopectina cuya proporción confiere diferentes características de comportamiento y varía de acuerdo con la fuente de obtención del almidón. AMILOSA Polímero lineal formado por unidades de a-D-anhidroglucosa unidas en la posición (1,4). Presenta una disposición espacial helicoidal mediante uniones de puente de hidrógeno que pueden debilitarse y romperse fácilmente por acción del pH y la temperatura. Este hecho provoca una mayor movilidad de la molécula y una reordenación de la amilosa con nuevos enlaces inter e intramoleculares que se conoce con el nombre de retrogradación. El fenómeno de la retrogradación consiste en la reordenación de las


moléculas de amilosa durante el proceso de enfriamiento. Cuando los almidones y féculas se cuecen y gelatinizan, la fracción de amilosa nunca se disuelve completamente y, con el tiempo, tiende a asociarse en grupos lineales formando conjuntos cristalinos por medio de puentes de hidrógeno intermoleculares. Este fenómeno provoca que las soluciones se vuelvan opacas y formen geles



Se puede distinguir entre almidones nativos y almidones modificados: Almidones nativos Se extraen de la materia prima vegetal mediante procesos de molienda por vía seca o húmeda. Obteniendo un polvo con diferentes proporciones de amilosa y amilopectina. Los gránulos de almidón nativo se hinchan rápidamente y tienden a rom perse, perdiendo viscosidad y dando lugar a pastas de cuerpo flojo, muy fibrosas y cohesivas. Tienen una estabilidad muy pequeña a baja temperatura y no son demasiado resistentes en alimentos que tengan un pH relativamente bajo, temperaturas de proceso relativamente elevadas o equipos demasiado cizallantes. Por estas razones, los almidones nativos no tienen, en muchos casos, las propiedades funcionales o la estabilidad requeridas en la mayoría de las aplicaciones de la industria alimentaria, ya que presentan unas limitaciones de: • Retrogradación. • Inestabilidad a ácidos. • Sinéresis. • Texturas inestables. Se usa poco en estado natural ya que sus suspensiones y geles son poco estables, por lo que en su lugar se emplean los almidones modificados. Almidones modificados Proceden de almidones nativos que posteriormente han sido tratados física y/o químicamente, para conseguir mejorar sus propiedades funcionales. Así mediante la aplicación de la tecnología se consigue que se ajusten a la funcionalidad necesaria para cada proceso. De una manera general se puede conseguir: • Variar la viscosidad. • Evitar la retrogradación obteniendo un gel claro y transparente. • Se consigue trabajar a altas temperaturas y mantener la viscosidad incluso con agitación mecánica fuerte. • Mantener la viscosidad a valores de pH ácido. • Resistir ciclos de congelación/ descongelación sin cambios de textura. • Almidones solubles y con viscosidad en frío. Los almidones que han sido tratados para mejorar sus condiciones de aplicación sí son considerados aditivos alimentarios y se encuentran legislados a nivel europeo y estatal: • E-1404 Almidón oxidado. • E-1410 Fosfato de monoalmidón.

•

E-1412 Fosfato de dialmidón.


Combinando los dos proceso de modificación física y química, se pueden obtener: • Almidones acidificados pregelatinizados. • Almidones oxidados pregelatinizados. • Almidones sustituidos pregelatinizados. • Almidones reticulados pregelatinizados.

APLICACIÓN DE LOS DIFERENTES TIPOS DE HIDROCOLOIDES Hasta ahora se ha podido comprobar la gran importancia que tiene este grupo de aditivos sobre la consistencia final del producto. Esto condicionará de manera definitiva la aceptación o no del alimento en el mercado y por el consumidor. Por esta razón es importante saber a cual de estos hidrocoloides se ha de recurrir en función de las características que se quiera conferir al producto. ESPESAR Recurrir a hidrocoloides fácilmente solubles y que no puedan crear zonas de cristalización. Por ejemplo: • Carragenatos lambda. • Alginatos alcalinos (sin presencia de iones calcio). • Goma xantana. • Goma Guar. • Goma Garrofín. GELIFICAR TERMOREVERSIBLEMENTE Se recomienda hidrocoloides solubles en caliente que gelifiquen al enfriar, produciendo geles que se desintegren con efecto de la temperatura, las características de textura del gel dependerán del número de enlaces intermoleculares. • Pectinas débilmente esterificadas (LM). • Mezcla de xantana y goma de garrofín. • Carragenato kappa. • Carragenato iota. • Carragenato kappa y goma de garrofín. • Gelatina. • Agar.

Emulsionantes Por definición, emulsionantes son aquellas sustancias que, añ adidas a los alimentos, hacen posible la formación y/o mantenimiento de una dispersión uniforme entre dos o más sustancias inmiscibles. Las sustancias con capacidad emulsionante presentan una estructura dipolar, donde se distingue una parte hidrófila (afín al agua) formada por grupos disocia- bles o grupos hidroxilo y otra lipófila (afín a aceites y grasas) de cadena alquílica.

H 3 C—(CH 2 ) 10 — CH— O—S0 3 Na Parte lipofíla

Parte hidrófila

Esquemageneral de unamolécula deemulsionante

Se puede distinguir entre emulsionantes de origen natural y de origen sintético. Dentro de cada grupo se clasifica entre emulsionantes iónicos y no iónicos: Emulsionantes naturales Iónicos:

Sales biliares Fosfolípidos Lecitinas No iónicos:

Colesterol Saponinas

Fosfatos de inositol Emulsionantes sintéticos Iónicos:

Sales de ácidos grasos

No iónicos:

Mono y diésteres de glicerol Mono y diglicéridos de ácidos orgánicos Esteres de sacarosa Esteres poliglicéridos de ácidos grasos Esteres de propilenglicol Estearato de polioxietileno Esteres de sorbitán polioxietilenados


El carácter dipolar de la molécula es lo que se valora, por sus capacidades tecnológicas, en la industria alimentaria. • Formadores y estabilizadores de emulsiones por su capacidad reductora de la tensión superficial entre las dos fases inmiscibles. • Creadores y estabilizadores de espumas. Otras aplicaciones: • Agentes texturizantes, modificadores de la textura del producto donde se apliquen. • Modificadores de la funcionalidad de las proteínas y los almidones. • Controladores de las formas de cristalización de las grasas. • Mejorantes de la masa panaria. • Dispersantes de sólidos en polvo.

DISPERSIONES ALIMENTARIAS Una dispersión consiste en la unión forzada de dos fases no miscibles de manera natural. En una dispersión se distingue la fase dispersa y la fase continua. La fase dispersa se mantiene distribuida, en forma de gotitas, en la fase continua, obteniendo así una mezcla homogénea y estable entre las dos sustancias inmiscibles. Esta organización se consigue por el carácter dipolar del emulsionante, que le permite orientarse en la zona de la interfase, de manera que favorece un estado de equilibrio entre las dos fases.

Las sustancias que forman una dispersión pueden ser de orígenes muy diversos, y según el estado de las fases (sólido, líquido, gaseoso) que forman la dispersión, se encuentran diferentes tipos: Tipo

Fase dispersa

Fase continua

Emulsión Espuma Aeorosol Suspensión

Líquida Gaseosa Líquida o gaseosa Sólida

Líquida Líquida Gaseosa Líquida

Ejemplo

Mayonesa, margarina... Nata, espuma cerveza... Sprays... Paté, zumos, leche con cacao, geles...

En el campo de los alimentos las dispersiones que tienen mayor

Emulsionantes 163

importancia son las emulsiones, de las que se pueden encontrar dos tipos: • Emulsiones agua en aceite (W/O): Formadas por una fase dispersa de agua, o líquidos miscibles en ella, y una fase continua grasa (mantequilla, margarina, algunas mayonesa industriales, etc.). • Emulsiones aceite en agua (O/W): Formadas por una fase dispersa grasa y la fase continua acuosa (leche, nata líquida, mayonesa casera, etc.).

Emulsión WIO

Emulsión O/W

Debido al carácter no miscible de las dos fases que forman una emulsión, o dispersión, se puede deducir que es un sistema inestable. Para llegar a formar la emulsión se ha de aportar energía al sistema, de manera que se aumente la superficie de o entre las dos fases y se pueda formar la zona de interfase donde se sitúa el emulsionante. La energía a aportar al sistema depende de muchos factores, entre ellos se encuentran: la tensión superficial entre las dos fases, diferencia de densidad entre las fases, tipo de agitador, viscosidad de la fase continua, etc. Con el tiempo el sistema tiene tendencia a volver a su forma estable. Por eso el problema no sólo está en crear la emulsión, sino en mantenerla a lo largo del tiempo.

FORMACIÓN DE EMULSIONES Los emulsionantes permiten la formación de una emulsión por su efecto en la reducción de la tensión superficial. La tensión superficial es la fuerza que hay que vencer sob re la superficie de un líquido para poder adentrarse en él (unidades: dinas/cm 2 ). El líquido Zona de tensión superficial


tiende a que la superficie donde se establezca la tensión superficial sea mínima, ya que el estado ideal de todo sistema es aquel en e l que tenga menos energía. En el caso de un sistema formado por dos fluidos inmiscibles, en la zona de interfase líquido-líquido se establece la tensión interfasal. Y como en el caso anterior, es más estable el estado que permita una tensión interfasal mínima, que se da cuando los dos fluidos se encuentran separados en dos fases y no en estado emulsionado: Estado bifásico de dos fluidos inmiscibles inmiscibles

Estado emulsionado

Est ado de mayor estabilidad poisuperficie de tensión interfasal minima

de

dos

fluidos

Para poder formar la emulsión es Estado menos estable por necesario superficie de tensión aplicar una interfasal superior fuerza

capaz de vencer la tensión interfasal y que permita la dispersión de uno de los fluidos en el otro. Los emulsionantes ayudan en el proceso de emulsionado, ya que tienen la capacidad de disminuir la tensión interfasal y, por tanto, de disminuir el trabajo necesario para emulsionar los dos fluidos. La fuerza que se proporciona al sistema es mediante un trabajo mecánico proporcionado por un batido, homogeneización, etc. De esta manera se consigue una división en partículas de una de las fases, que queda distribuida dentro de la otra. Una emulsión no es el estado ideal de un sistema bifásico inmiscible, por tanto, existen una tendencia de reorganizaciaón hacia el estado inicial, donde las dos fases se encontraban separadas y la tensión interfasal era mínima.

ESTABILIDAD DE LAS EMULSIONES Existen diferentes fenómenos que favorecen la pérdida de la emulsión obteniendo las dos fases separadas. AGREGACIÓN Y COALESCENCIA

Emulsionantes 165

Suelen ser fenómenos encadenados. La agregación precede normalmente a la coalescencia. Consiste en la formación de aglomerados de las partículas de


la fase dispersa. La coalescencia se da cuando los aglomerados formados en la agregación se unen dando lugar a partículas macroscópicas. Estos fenómenos en estado avanzado pueden dar lugar a la separación de las fases emulsionadas. Si únicamente se da la agregación, se puede recuperar la emulsión mediante agitación.

SEDIM ENTAC ION Y AFLOR AMIEN TO Tien e que ver con la densidad de los dos fluidos emulsionados. Ocurre la se dimentación cuando las partículas de la fase dispersa se mueven hacia la parte inferior de la emulsión, por el contrario, el afloramiento se da cuando la fase dispersa se desplaza hacia la superficie de la emulsión. Los factores que condicionan la separación quedan definidos es la ley de Stockes: V = velocidad de separación. 2 g r (p c - p d ) 8 = aceleración de la gravedad. V= r = radio de la gota. p = densidad de las fases continua y dispersa. r\ = viscosidad de la fase continua. Se puede actuar sobre algunas de las variables de la ecuación, para conseguir disminuir la velocidad de separación (V) de las dos fases. Mediante métodos mecánicos (batido, molinos coloidales....) se consigue una reducción del tamaño de las gotas de la fase dispersa (r) y un aumento de la estabilidad de la emulsión. Aumentando la viscosidad de la fase continua (q), mediante uso de hidro- colides espesantes, se retarda el efecto. FLOCULACIÓN Las gotitas de la fase dispersa están cargadas eléctricamente por la misma carga, esto hace que se repelan, pero si por causa de una colisión las fuerzas de atracción superan las de repulsión las gotas quedarán unidas. Este fenómeno tiene lugar cuando los dos fluidos no son muy diferentes o cuando la viscosi-





Variando los factores de temperatura y contenido acuoso del medio, el sistema emulsionado puede formar una de las siguientes mesofases. MESOFASE LAMELAR Este tipo de organización suele darse en condiciones de poco contenido acuoso del medio. Corresponde a una estructura ordenada únicamente en una dirección. Las moléculas del emulsionante cristalizan de manera que las cadenas hidrocarbo- nadas (zona lipófila) se orientan paralelamente, en relación unas a otras, y los grupos polares se sitúan lado a lado; obteniéndose bicapas de emulgente, separadas por una zona acuosa. Este tipo de estructura es poco transparente ópticamente y relativamente poco viscosa. i4

\ \ M m ' ' Bicapa de emulsionante

iUUlUU — Agua

Bicapa de emulsionante

uuauu MESOFASE HEXAGONAL I Se obtiene con contenidos de agua más elevados y a temperaturas relativamente altas. Estructura formada por cilindros “infinitos” de agregados de emulsionante, de manera que en la parte interna del cilindro se sitúa la zona lipófila del emulsionante, y los grupos polares se orientan hacia la superficie externa del cilindro, en o con la fase continua acuosa de la emulsión. Emulsión tipo O/W.

MESOFASE HEXAGONAL II Se obtiene en condiciones de agua y temperatura relativamente altas simi lares a la mesofase Hexagonal I.

Emulsionantes

171


La estructura cristalina que forma el emulsionante se basa en cilindros “infinitos” pero en esta ocasión, al contrario que en la mesofase hexagonal I, la zona lipófila se encuentra en la superficie del cilindro, y los grupos polares se orientan hacia en interior del cilindro, en o con la fase dispersa acuosa de la emulsión. Emulsión tipo W/O.

u

w

MESOFASE CUBICA La estructura real aún no está bien definida, pero se cree que es una reorganización de la hexagonal II, formando agregados acuosos cúbicos centrados espacial y superficialmente en una matriz de molé culas de emulgente cuyos grupos polares se orientan hacia el agua. Se caracteriza por una viscosidad relativa elevada por su organización en tres direcciones. Es capaz de mantener atrapadas en su interior sustancias solubles en agua que se liberarán a una cierta temperatura.

El tipo de mesofase obtenida condiciona la estabilidad de la emulsión en la medida que las propiedades Teológicas de la interfase (viscosidad y elasticidad) varían enormemente según el estado físico que tengan. Las diferentes mesofases se pueden suceder unas a otras variando las condiciones del medio emulsionado.

Emulsionantes

173

OTRAS FUNCIONES DE LOS EMULSIONANTES Los emulsionantes presentan otras funciones aparte de la de favorecer la emulsión. De esta manera se pueden usar en una amplia gama de productos donde ofrecen características y funcionalidad muy diferentes según el ali mento: • Modificación de la masa panaria. • Estabilización de espuma y control de aireación. • Control de cristalización de la grasa. • Control de viscosidad. • Efecto instantaneizador. • Efecto lubricante. • Formación de película tipo films. MODIFICACIÓN DE LA MASA PANARIA Los emulsionantes tienen dos funciones muy beneficiosas en las industrias que trabajan con masas harinosas y panificables. Por un lado mejoran el comportamiento ante el fenómeno de retrogradación del almidón y por otro, aumentan la capacidad de retención de gas de la red formada por el gluten durante la fermentación de las masas fermentadas. Cuando el almidón se amasa con agua y se somete a temperatura, se hincha y forma un gel. A partir de éste, y a temperatura ambiente, las fracciones amilosa amilopectina recristalizan, fenómeno conocido como retrogradación. La fracción de amilosa, con mayor tendencia a la retrogradación, forma un complejo con la cadena de ácido graso del emulsionante evitando así el endurecimiento y resecamiento prematuro del pan. Durante el proceso de fermentación de masas con levaduras, los emulsionantes reaccionan con las proteínas del gluten proporcionando una mayor retención del volumen de la masa, ya que la red que retiene el anhídrido carbónico adquiere mejores características visco-elásticas, obteniendo así una masa de textura ligera y de costra más suave una vez cocida. ESTABILIZACIÓN DE ESPUMA Y CONTROL DE AIREACIÓN Productos como mousses, batidos, etc. consisten en una emulsión que sido posteriormente batida y aireada. Lo importante, en esto productos, retener el aire incorporado para proporcionar una textura característica y gera, y un aumento del volumen final del producto u «overrun» (cantidad aire incorporado). En este tipo de productos los emulsionantes juegan dos papeles, el

ha es li de de


formar la emulsión, y el de proporcionar buena estabilidad a la red que retiene el


Emulsionantes 175

E-472 ESTERES DE MONO Y DIGLICERIDOS DE ACIDOS GRASOS CON ÁCIDOS ORGÁNICOS Se obtienen a partir de una reacción de esterificació n entre los mono y diglicéridos de ácidos grasos (E-471) con diferentes ácidos orgánicos: • • • • •

E-472a Esteres acéticos de los mono y diglicéridos de ácidos grasos. E-472b Esteres lácticos de los mono y diglicéridos de ácidos grasos. E-472c Esteres cítricos de los mono y diglicéridos de ácidos grasos. E-472d Esteres tartáricos de los mono y diglicéridos de ácidos grasos. E-472e Ésteres monoacetil y diacetil tartárico de los mono y diglicéridos de ácidos grasos. • E-472f Ésteres mixtos acéticos y tartáricos de los mono y diglicéridos de ácidos grasos.

CHrO-CO-R I CH-O-CO-R'

R = ácido graso R‟ = ácido orgánico

2

I CH¿-OH

Los ácidos orgánicos dotan a cada producto de propiedades funcionales particulares y diferentes según el ácido orgánico que se esterifique. E-472a ÉSTERES ACÉTICOS DE LOS MONO Y DIGLICÉRIDOS DE LOS ÁCIDOS GRASOS A los mono y diglicéridos de ácidos grasos (E-471), se les hace reaccionar con ácido acético. Según el grado de acetilación se pueden obtener diversos tipos de ésteres acéticos con características físico -químicas y funcionalidad diversa. Los ésteres acéticos, en general, no muestran un efecto emulsionante ya que el acético no aporta ningún grupo hidroxilo (-OH) suplementario (como es el caso de otros ácidos) y, además, en la esterificación se inactiva uno de los dos hidroxilos libres del monoglicérido. Tampoco tienen poder de interacción con almidones o proteínas. Básicamente destacan por los siguientes efectos: • Efecto formador de película: Formación de una película flexible y adherente sobre los alimentos que les protege a la oxidación y a la hu medad sin impedir la respiración del alimento y sin modificar sus características organolépticas durante un período de almacenamiento. Esta aplicación es útil en alimentos muy diversos: ciruelas, frutos se cos, embutidos, quesos, etc.


una protección de la grasa ante la oxidación y rancidez, como es el caso de margarinas, mantequillas, etc. Presenta un efecto antisalpicante en aceites y grasas que se utilizan para fritura. E-472e ESTERES MONOACETIL Y DIACETIL TARTÁRICO DE LOS MONO Y DIGLICÉRIDOS DE ÁCIDOS GRASOS Se obtienen por la esterificación del ácido diacetil tartárico con mono y diglicéridos de ácidos grasos (E-471). También se les conoce como DATEM (Diacetyl Tartaric Acid Esters of Monoglycerides). Este tipo de emulsionantes se emplean principalmente para mejorar el comportamiento de masas panarias y de bollería, tanto antes como durante el horneado. Se incorporan como acondicionantes de la masa para un mejor control de la textura del producto acabado. Los efectos mejorados de la masa son: • Incrementan la tolerancia al amasado. • Incrementan la tolerancia a la fermentación. • Incrementan la estabilidad general de la masa. • Aumentan el volumen. • Ensalzan las propiedades sensoriales finales del producto horneado. E-473 SUCROÉSTERES DE ÁCIDOS GRASOS ✓

Esteres definidos de ácidos grasos y sacarosa. La molécula de sacarosa presenta ocho grupos -OH que pueden ser sustituidos por ácidos grasos mediante una reacción de esterificación:

CH 2 OH

H 2 OH

Molécula de sacarosa: se observan los grupos -OH susceptibles a la esterificación

El uso de los sucroésteres en la industria alimentaria depende, mayoritaria- mente, del grado de esterificación de la molécula y del tipo de ácido graso esterificado. Estas dos variables determinan el valor de HLB del éster obtenido, de manera que, ácidos grasos de cadena corta y bajos grados de esterificación, dan lugar a ésteres de sacarosa de alto HLB; y ácidos grasos de cadena larga y altos grados de esterificación. dan lugar a

Emulsionantes 179

ésteres de sacarosa de bajo HLB.


Se ha demostrado cierta acción contra coliformes y tienen el inconveniente de no aguantar temperaturas excesivamente altas. De una manera general, se puede distinguir entre dos grupos de sucroés teres: • Los ásteres de menos de cuatro hidroxilos sutituidos. Suelen presentar valores de HLB altos, si predominan ácidos grasos de cadena corta. Son inodoros, insípidos, fácilmente digeribles y casi completamente absorbidos en el intestino. Normalmente son sólidos y pueden utilizarse como producto en polvo o atomizado. • Los ásteres de más de cuatro hidroxilos sustituidos. Suelen presentar valores de HLB bajos, si predominan ácidos grasos de cadena larga. Se muestran como sustancias muy similares a las grasas, miscibles con aceite y grasas e insolubles en agua. No son absorbidos en el tracto intestinal, ya que no son digeribles. Pueden mostrarse sólidos o líquidos según el tipo de ácido graso sustituido. Cada uno de los grupos anteriores tienen una funcionalidad diferente en los alimentos. El primer grupo como emulsionantes de sistemas O/W ó W/O, dependiendo del valor de HLB que tengan, y el segundo grupo como sustituti- vos de la grasa. Por su capacidad emulsionante tienen más interés los mono y diésteres de sacarosa (uno o dos ácidos grasos esterificados a la sacarosa), encontrando su principal aplicación en los siguientes alimentos: • Panadería y confitería: Buena interacción con almidones y proteínas aumentando el volumen de la masa. Siendo más efectivos los monoéste- res de sacarosa con valores altos de HLB. que hayan sido previamente hidratados. • Aceites y grasas: Emulsionando helados, margarinas, etc. También actúan como dispersantes y ajustando la viscosidad del producto. E-474 SUCROGLICÉRIDOS Esterificación obtenida “al azar” entre sacarosa y ácidos grasos en presencia de un catalizador. El resultado es una mezcla no definida de sucroesteres, ácidos grasos (mono y diglicéridos), sacarosa libres y jabones. Se aplican básicamente en leches reconstituidas y alimentación animal. E-475 ÉSTERES POLIGLICÉRIDOS DE ÁCIDOS GRASOS El poliglicerol es una cadena de moléculas de glicerina unidas. Obtenidas en la deshidratación al vacío de la glicerina por reacción térmica catalizada que conlleva a una polimerización del glicerol. Son emulsionantes no-iónicos cuya parte hidrófila está constituida por polímeros de glicerina y la parte lipófila formada por ácidos grasos que habitualmente son esteárico y oleico.

Emulsionantes 181 Ácido graso Grupo hidroxilo

n = 2-10

E-475 Esteres de poliglicerol

Dependiendo del grado de polimerización de la glicerina, de la esterifica- ción y de los ácidos grasos elegidos, se puede conseguir una gama de productos muy hidrófilos (monoésteres de decaglicerol) o muy lipófilos (decaésteres de decaglicerol). Los ésteres del glicerol son potentes emulsionantes W/O. ampliamente utilizados en: • Panificación y bollería: Efecto sobre la cristalización del almidón retardando el endurecimiento del pan. Mantiene el efecto crujiente del pan ya que ayudan a retener la humedad en la miga impidiendo que migre hacia la corteza. En masas batidas con alto contenido en grasa permite una buena airea ción y estabilidad. • Repostería y confitería: En rellenos cremosos permiten una buena textura, consistencia y palatabilidad. Su uso en recubrimientos garantiza el brillo, al impedir la migración de las grasas hacia la superficie. • Chocolates: Se puede utilizar junto con lecitina y/o sucroésteres o sólo. Tiene la función de bajar la viscosidad del chocolate, facilitando así las operaciones productivas de moldeo, recubrimiento, etc., también aporta brillo y buena contracción al chocolate una vez enfriado. • Helados: Aporta buenas características a la textura final aportando una adecuada dispersión de la fase grasa y asegurando un mayor aireado en el freezer. • Aceites: Evita salpicaduras al freír. En aceites para ensaladas evita la opacidad en ambientes fríos. E-476 POLIRRICINOLEATO DE POLIGLICEROL Es un éster particular del poliglicerol en el que, el ácido graso, es el ricino- leico.











































El tema de los aditivos alimentarios es proclive a suscitar debate. Hay grandes detractores y grandes defensores entre expertos en el tema y también entre los consumidores. Lo cierto es que el tema de la alimentación y de todo aquello que la rodea, especialmente el uso de aditivos, suscita polémica y desconfianza. Este libro sólo pretende informar de las características tecnológicas de los diferentes aditivos y de sus aplicaciones. No hemos querido entrar en temas controvertidos sobre sus efectos nocivos o no (sólo algún breve apunte en aquellos casos muy reconocidos), ni tampoco en dosis de uso y campos de aplicación regulados por la legislación vigente, ya que ésta va cambiando con el tiempo pero los aditivos y sus características siguen siendo los mismos. Así un colorante rojo seguirá coloreando de rojo un alimento, lo permita la legislación o no. Cada tecnòlogo deberá, por tanto, revisar la legislación aplicable a su producto en cada momento. El libro Aditivos Alimentarios es más bien un manual de referencia, especialmente para aquellos que empiezan en el mundo de la tecnología alimentaria. Hemos intentado hacer una recopilación completa y exhaustiva de todos ellos y de sus características, agrupándolos según su principal función y tratando de presentar la información de una forma clara y escueta. Al inicio de cada capítulo se introduce el grupo de aditivos de una forma general, presentando sus características comunes como grupo. Seguidamente se exponen todos los aditivos que componen el grupo junto con sus características tecnológicas. Al final del libro unos cuadros comparativos por grupos permiten compararlos fácilmente. 9788484760887

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ISBN: 84-89922-78-0 (AMV) ISBN: 84-8476-088-X (Mundi-Prensa)

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