Geles alimentarios y biopolimeros

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Universidad de chile

Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas

Magíster en Ciencias de los Alimentos

Fisicoquímica de Alimentos

Geles alimentarios y polímeros

Seminario

   Alumno (a):        Mariam Riera C.

                     Profesores coordinadores:                  Luis Puente D.

Jaimer Ortiz V.

  Fecha de entrega:    18 de octubre, 2016.

RESUMEN

MARCO TEÓRICO

Geles alimentarios

La terminología de “gel” viene bajo la temática de ciencia de coloidas y ha sido identificado en el diccionario de polímeros como “polímeros y sus materias de hinchamiento con estructuras tridimensionales que son insolubles en cualquier solvente. Sin embargo, es cierto también de que no existe una definición generalmente adoptada para este término. Una definición más simplificada es “un gel es un intermediario entre un sólido y un líquido poseyendo características tanto elásticas (de sólidos) como viscosas (de líquido)” (Banerjee and Bhattacharya, 2011). Exhibe un comportamiento flexible (similar al de un sólido) y se deforma al aplicar presión, pero recupera su forma luego de eliminar la fuerza. Un gel también muestra propiedades viscosas ya que parte de la deformación no se recupera luego de que la fuerza aplicada es eliminada y el gel fluye debido a que sus enlaces se rompen y vuelven a formar nuevos, como un líquido cuando fuerza es aplicada.

Una gran cantidad de alimentos existen en forma de geles, como por ejemplo el jamón, las jaleas, gomitas, postres, yogurt, etc.., los que son compuestos por biopolímeros como ingrediente estructurante principal.  Los biopolímeros más utilizados son polisacáridos y proteínas que confieren características semisólidas en un rango de alimentos. Estos geles a basde de biopolímeros son redes de diferentes formas como bloques, partículas o fibras que se pueden comportar diferente bajo fuerza mecánica (Einhotn-Stoll and Drusch. 2015).

Un entendimiento apropiado de las estructuras de geles es un prerrequisito para lograr la percepción sensorial deseada. Además, las propiedades fisicoquímicas de los biopolímeros (dimensiones moleculares, actividad superficial, polaridad y estabilidad térmica) y las condiciones del procesamiento o medioambiente (temperatura, presión/cizalla, fuerza iónica, pH y actividad del agua) resultan en diferentes tipos de estructuras del gel (KátiaRegina et al., 2012).  Por lo tanto, la formación de geles con las características sensoriales deseadas no es una tarea fácil y envuelve un enfoque de investigación multidisciplinaria. Por ejemplo, físicos y químicos buscan desarrollar modelos moleculares para la gelatinización, reologistas están interesados en desarrollar descripciones matemáticas de las propiedades de deformación y falla de geles alimentarios, los científicos sensoriales y nutricionistas están interesados en relacionar la textura percibida con propiedades mecánicas y físicas medibles, usando geles multicomponente como base para manipular las características texturales de alimentos (Blanshard and Mitchell, 1988).

Con los avances en investigaciones, ahora somos más capaces de entender la relación entre las propiedades estructurales y texturales de diferentes geles con términos físicos. Por esto, el presente estudio busca enfocarse en las investigaciones ctuales en cuanto a los aspectos reológicos y microestructurales de los geles alimentarios. Así mismo, algunos de los últimos desarrollos en la fabricación de productos alimentarios novel a base de geles con propiedades nutricionales y tecnológicoas serán abordados.

Tipos de geles y mecanismos de gelatinización

Existen distintos tipos de claficiaciones para geles alimentarios, por ejemplo, red del biopolímero, mecanismo de gelatinización, morfología, interacción, etc. Basándose en el tipo de red del biopolímero, las estructuras están compuestas por redes simples (de sólo un compuesto, por ejemplo polisacáridos o proteínas), redes binarias/mezcladas (dos o más componentes), o redes rellenas de compuesto (diferentes partículas, por ejemplo glóbulos de grasa junto con redes biopoliméricas) (Blanshard and Mitchell, 1988). Basándose en el tipo de mecanismo de gelatinización, los geles pueden ser categorizados en “en frío”, “en calor”, ionotrópicas, por ácido o inducida por enzimas. Basándose en la morfología, los geles consisten en filamentos, partículas o partículas suaves en suspensión.

Pueden existir distintos tipos de interacciones en geles como puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, enlaces iónicos y enlaces covalentes. Dependiendo de la estructura física de la red polimérica, estos geles pueden clasificarse en fuerte, débil o pseudogeles (Ross-Murphy, 1995). Geles poliméricos químicamente entrecruzados son considerados fuertes y en ellos este entrecruzamiento es permanente y no se puede reformar si se rompe. En cambio, los geles déiles contienen entrecruzamientos que pueden ser rotos y reformados, como los geles coloidales y algunos geles poliméricos (Richter, 2007; Solomon and Spicer, 2010). Los sistemas poliméricos “enredados” son conocidos como pseudo geles, porque sobre un rango de tiempo, estos enredos físicos entre cadenas poliméricas imitan los entrecurzamientos químicos, dándole al material propiedades parecidas al gel (Kavanagh and Ross-Murphy, 1998). Sin embargo, la respuesta en equilibrio de un pseudo gel a una fuerza constante aplicada es fluir como un fluido. 

Como se comentó anteriormente, distintos tipos de polisacáridos y proteínas han sido usadas como agentes gelificantes, los que se obtienen naturalmente de una gran variedad de plantas, animales o microorganismos (Einhorn-Stoll and Drusch, 2015). Los polisacáridos que se usan frecuentemente son gomas naturales, agar, carragenina, alginato, glucomannano(¿), almidones y pectinas. Entre las proteínas, la gelatina, caseína, proteína de suero de leche, de soya, de huevo y zeina son los más comúnmente usados. La mayoría de estos polisacáridos y  algunas de las proteínas (gelatina, caseína , etc) son usados además como espesantes en muchas preparaciones. La diferencia entre espesante y gelificante se puede discutir mediante la viscosidad y el módulo de cizalla (los espesantes aumentan la viscosidad mientras que los formadores de geles muestran primeramente un incremento de viscosidad hasta que el punto de gel es alcanzado, convirtiéndose en infinita y muestra un módulo elástico finito por sobre el punto del gel (Vilgis, 2015). El proceso de gelificación comienza con una dispersión homogénea y una hidratación subsecuente del agente gelificante, la que es seguida por una formación de la red responsable por darle la textura al producto.

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