LECTURA DE RECONOCIMIENTO UNIDAD 2 En el reconocimiento de esta segunda unidad, denominada propiedades funcionales de los componentes de los alimentos, el estudiante debe tener bases teóricas recibidas en cursos anteriores como las tecnologías de cursos específicos: Lácteos, Carnes, frutas, cereales y oleaginosas. En la siguiente lectura precisa en ayudarle al estudiante en la contextualización de aquellos conceptos relacionados con las temáticas de la unidad; es así que en el transcurso de la unidad, hay términos que se deben entender previamente para poder comprender el tema que se expone. El contenido de esta lectura estimula el análisis presaberes previos de la unidad 2. QUÉ ES UN SISTEMA COLOIDAL, QUE SON LOS COLOIDES? En química un coloide, suspensión coloidal o dispersión coloidal es un sistema físicoquímico compuesto por dos fases: una continua, normalmente fluida, y otra dispersa en forma de partículas; por lo general sólidas, de tamaño microscópico (a medio camino entre los mundos macroscópico y microscópico). Así, se trata de partículas que no son apreciables a simple vista, pero mucho más grandes que cualquier molécula. Dispersión es cuando algún componente de una mezcla se halla en mayor proporción que los demás. Aunque el coloide por excelencia es aquel en el que la fase continua es un líquido y la fase dispersa se compone de partículas sólidas, pueden encontrarse coloides cuyos componentes se encuentran en otros estados de agregación. Remoción de las partículas coloidales: A menudo se desea remover las partículas coloidales de un medio de dispersión, como estas partículas son muy finas para ser filtradas. Las partículas coloidales, deben aumentar su tamaño, a este proceso se le llama coagulación. Estas partículas grandes pueden removerse del medio de dispersión por medio de la filtración, o dejándolas que se asienten. La coagulación debe ser provocada, esto se puede hacer por medio de la temperatura, o añadiendo un electrolito a la mezcla. Las formas de trabajo de estos procesos son las siguientes: al calentar el coloide, las partículas aumentan la velocidad de sus movimientos, provocando que las moléculas de las partículas colisionen provocando un aumento en su tamaño. O bien, al añadir un electrolito a la mezcla, se neutraliza la carga en la superficie de las partículas, inhibiendo así la repulsión que estas partículas tienen hacia las otras, consiguiendo así que aumenten su tamaño las partículas, haciéndolas más fácil de remover, por medio de la filtración.
Propiedades de los coloides: Cuando un rayo de luz que entra en una habitación por la mañana, a menudo se distinguen, reflejadas por la luz, partículas de polvo suspendidas. De este mismo modo, si un rayo de luz atraviesa un sol, aparentemente transparente, las partículas coloidales, reflejarán la luz, de manera que este sol parezca nublado. Este fenómeno, descubierto por Michael Faraday, fue investigado por J. Tyndall, en 1896, debido a esto, a este efecto se le conoce, como efecto Tyndall. Una de las propiedades más importantes de las partículas coloidales, es su elevada razón superficie a volumen. Una emulsión es una dispersión coloidal de partículas líquidas en otro líquido; la mayonesa, por ejemplo, es una suspensión de glóbulos diminutos de aceite en agua. Un sol es una suspensión coloidal de partículas sólidas en un líquido; las pinturas, por ejemplo, son una suspensión de partículas de pigmentos sólidos diminutos en un líquido oleoso. Un gel es un sólido en el que las partículas suspendidas están sueltas, organizadas en una disposición dispersa, pero definida tridimensionalmente, dando cierta rigidez y elasticidad a la mezcla, como en la gelatina. Las partículas de una dispersión coloidal real son tan pequeñas que el choque incesante con las moléculas del medio es suficiente para mantener las partículas en suspensión; el movimiento al azar de las partículas bajo la influencia de este bombardeo molecular se llama movimiento browniano. Sin embargo, si la fuerza de la gravedad aumenta notablemente mediante una centrifugadora de alta velocidad, la suspensión puede romperse y las partículas precipitarse. En muchas ocasiones, debido a que las partículas brownianas están cargadas eléctricamente, hay interacción entre ellas. Esto da lugar a que formen una cuasi-red cristalina, es decir, formen una estructura regular, lo que les da una consistencia que no es la rígida de un cristal, pero tampoco la de fluido que corresponde al líquido. PROPIEDADES FUNCIONALES DE LOS ALIMENTOS La calidad de los alimentos posee dos componentes fundamentales: uno relacionado con los aspectos tecnológicos y otro relacionado con la seguridad y la aceptación por parte del consumidor. En base a ello, aparece el concepto de la funcionalidad de la que, en función del tipo de interacción producida puede distinguirse la interna (propiedades físicas, reacciones, estructuras, etc.), de la externa (aspecto), y la calidad ( interacción con el consumidor).
Cuando se habla propiedades funcionales de un determinado componente de los alimentos, se relación a con las propiedades tecnológicas (propiedades tecnofuncionaless) de dicho componente, en especial, con aquellas relacionadas con los caracteres organolépticos de los productos que lo contiene y como consecuencia de su interacción con otros componentes de los mismos. El concepto funcionalidad, desde el punto de vista tecnológico, ha sido definido como el conjunto de respuestas de los materiales, frente a fuerzas específicas aplicadas en determinadas circunstancias, como la respuesta específica del alimento frente al conjunto de fuerzas aplicadas durante los procesos de preparación, procesado, almacenamiento y consumo o como la expresión y participación de las propiedades físicas y fisicoquímicas en relación con las propiedades sensoriales de los alimentos que la contienen. Existe otro concepto para definir las propiedades funcionales de los alimento; toda propiedad no nutricional de un ingrediente, que repercute mayoritariamente sobre el carácter sensorial de alimentos (en especial la textura). Los componentes que poseen una mayor implicación son, evidentemente, las macromoléculas como los carbohidratos y las proteínas, como consecuencia de diferentes tipos de interacción: con las moléculas de agua, de la interacción entre ellas o bien con otras moléculas poco polares o con una fase gaseosa. Sin embargo, otros componentes (lípidos, compuestos aromáticos) y la mayoría de aditivos alimentarios (colorantes, humectantes, acidificantes, emulgentes, agentes aromáticos, etc. ) poseen también importancia, debido a su acción directa o indirecta sobre las características finales del producto. En definitiva, las propiedades físicas, fisicoquímicas y químicas de los distintos ingredientes de un alimento determinan un valor resultante como consecuencia de la interacción entre ellos que define las características del producto en cuanto a su textura, aroma y sabor, fundamentalmente. La funcionalidad es por tanto, un concepto de nivel superior que el de una propiedad determinada, ya que debe considerarse como la respuesta global de un conjunto de propiedades frente a determinadas condiciones. En una primera aproximación, algunos investigadores funcionales de las macromoléculas como se clasifican a las propiedades indica:
Los carbohidratos, los lípidos y las proteínas aportan propiedades funcionales, pero quizás son las propiedades funcionales de las proteínas, las que más sobresalen; dependiendo principalmente de la composición de aminoácidos, tanto proteínas animales como vegetales poseen ciertas propiedades, las cuales dan las características específicas. La funcionalidad es una expresión de las propiedades fisicoquímicas de las proteínas modificadas por las condiciones ambientales. Las propiedades fisicoquímicas se derivan de la composición de aminoácidos, la secuencia de éstos, y las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria. La manifestación de esta funcionalidad depende de dos importantes aspectos de las proteínas: Las propiedades hidrodinámicas, es decir, como se ven afectadas por las condiciones del medio (temperatura, ph, fuerza iónica, etc), la forma y flexibilidad de las proteínas. La propiedades de superficie relativa, donde la hidrofobicidad, hidrofilidad, fuerzas electrostáticas e impedimentos estéricos rigen las características de la superficie de la proteínas en contacto con otros constituyentes del sistema, como pueden ser otras proteínas, lípidos, etc, así como con el solvente donde se encuentran. La clasificación de estas interacciones entre proteínas y los otros componentes del sistema se divide principalmente en tres grupos: Propiedades dependientes de la interacción proteína-agua. Propiedades dependientes de la interacción proteína-proteína Propiedades dependientes de la interacción proteína grasa o proteína- aire. A escala industrial, la importancia de la funcionalidad en la proteína se agrupa en tres niveles, de acuerdo a su mecanismo de acción durante el proceso:
Sensorial: donde son responsables de propiedades como la textura, el color, el sabor o el poder edulcorante del alimentos; Formulación, ya que permite mantener ciertas características específicas de la formulación, como agentes espumantes, emulsificantes o uniendo agua. Proceso, que es la facilidad de llevar a cabo un determinado proceso, es decir, las propiedades de viscosidad o emulsificación que confiere al sistema para ser bombeado o manejado durante el proceso. De otra manera, las propiedades funcionales de las proteínas son las responsables de las interacciones que se dan entre estas y los otros componentes del sistema, debido al proceso y las condiciones del mismo. La conformación de las proteínas, debida a su balance de aminoácidos, gobierna esta funcionalidad. Actividad: En la siguiente sopa de letras debe buscar palabras que se relacionaron en la lectura anterior, encuéntrelas y complemente el cuadro 1. Cuadro 1. palabra definición
LECTURA 3: PROPIEDADES FUNCIONALES DE LA PROTEÍNA DE SOYA El papel de la proteína de soya en diferentes sistemas alimentarios y su uso como ingrediente funcional, depende, principalmente, de sus propiedades fisicoquímicas, que están gobernadas por sus atributos estructurales y de conformación. Una de las propiedades más importantes es la alta solubilidad de las proteínas, la cual es deseable para una funcionalidad óptima. La solubilidad de la proteína de soya se ve afectada por varios factores, la solubilidad se reduce al mínimo en al rangos de ph 4.2-4.6. El tratamiento térmico desnaturaliza las proteínas lo que reduce su solubilidad. La emulsificación es la capacidad para coadyuvar en la formación y estabilización de emulsiones. Una emulsión es la dispersión de gotas de aceite en una matriz acuosa continúa. Debido a su carácter anfifílico, las proteínas poseen propiedades emulsificantes, además poseen la capacidad de formar espumas que están compuestas de gotas de gas encapsuladas por una capa delgada de líquido que contiene proteína solvatada surfactante. Para la formación de espuma, una proteína debe ser soluble en agua y flexible para formar películas cohesivas en interfase aire-agua. La proteína de soya tiene capacidad de formación de espuma que está directamente relacionada con su solubilidad. La gelación es la capacidad de formar geles bajo ciertas condiciones. El gel es una red tridimensional que funciona como una matriz para retener agua, grasa, sabor, azúcar y otros aditivos alimentarios. Los factores principales que afectan la capacidad de gelación de una
proteína son su concentración, la temperatura, duración del tratamiento térmico, así como las condiciones de enfriamiento. La capacidad de retención de agua se refiere a la cantidad de agua que las moléculas de la proteína de soya pueden retener. El agua ligada incluye toda la de hidratación y parte de agua asociada a las moléculas de la proteína después de la centrifugación. La cantidad de agua ligada generalmente varía de 30-50 g/100 g de proteína. La capacidad de retención de agua es una medida del agua atrapada que incluye tanto el agua ligada como la hidrodinámica. Diferentes sistemas de alimentos requiere de proteínas de soya con diferentes propiedades funcionales; como ejemplo, la solubilidad de la proteína de soya es muy importante en la producción de leche, tofu, para elaborar productos concentrados y aislados. La capacidad para ayudar en la formación y estabilización de emulsiones es indispensable en diversas aplicaciones de alimentos, incluyendo mayonesas, aderezos para ensaladas, carne molida, etc. La gelación es la base para el empleo de la proteína de soya en embutidos y en la elaboración de productos tradicionales como el tofu y la nata de soya. La capacidad de retención de agua es muy importante en la producción de análogos de carne, debido a que afecta la textura, la jugosidad y el sabor. También es importante para la panificación debido a que suaviza productos y aumenta la vida en anaquel. En la mayoría de los sistemas alimentarios, se emplea las proteínas de origen a animal ( leche, huevo, carne), pero también una proteína sola o en combinación, no provee de todas las propiedades funcionales deseables en varios de estos sistemas. El uso de las proteínas vegetales es limitado por su ausencia de propiedades adecuadas. Esto es especialmente cierto en el caso de la proteína de soya. Para mejorar la funcionalidad de sus propiedades y ampliar sus aplicaciones, se han empleado varios procedimientos que se describen a continuación. Solubilidad de la proteína de soya: Lo más deseable, es una proteína con una alta solubilidad, por ejemplo, en la producción de leche de soya, la elevada solubilidad de la proteína produce un incremento en el rendimiento de la producción y mejora la estabilidad o la textura. El calentamiento es la causa principal de la reducción de la solubilidad de la proteína, pero es un paso importante para disminuir el contenido de sustancias antinutricionales de los productos de soya y mejorar su valor nutritivo. En este sentido es muy importante optimizar el proceso en términos de la cantidad y momento de calor aplicado. Durante el procesamiento industrial de la soya, la pasta desgrasada es desolventizada. Este procedimiento asegura el óptimo valor nutritivo de la pasta para consumo animal a través de la aplicación de calor suficiente para que algunos antinutrimentos sean inactivados.
Desafortunadamente también se elimina la solubilidad de la proteína de la pasta desgrasada. Para mantener su solubilidad y aplicarla en la industria alimentaria, se emplean diferentes sistemas de desolventación, incluyendo el sistema de vapor e instantáneo. Ambos sistemas emplean hexano sobrecalentado para remover los residuos del solvente. Después de la desolventización, en cualquiera de ellos sistemas, las hojuelas son enviadas a una unidad de deodorización en la que se aplica el vapor con presión controlada para remover el solvente residual. Se puede ajustar las condiciones tambor deodorizador para producir pastas con diferentes grados de solubilidad. Funcionalidad de la proteína de soya: la producción del concentrado de soya con una funcionalidad mejorada sirve como un buen ejemplo. La extracción alcohólica-acuosa se emplea comúnmente para la producción comercial de concentrados de proteína de soya, que generalmente presentan poca solubilidad debido a la desnaturalización de la proteína por el alcohol. Para resolver este problema, en ocasiones se emplea un método de lixiviación ácida en el que las proteínas se vuelven insolubles tanto que los carbohidratos se mantiene solubles. Esto hace que sea posible su separación con ayudad de la centrifugación. La proteína del concentrado se convierte en soluble después de la neutralización. Otra alternativa es homogenizar y tratar térmicamente el concentrado de soya extraído con alcohol. Actividad: Después de hacer la lectura 2 y 3, notará Usted que son las temáticas que se abordarán en la unidad 2. Es indispensable que mida sus conocimientos previos en temas que debió ver en su curso de bioquímica, ya que la explicación de las propiedades funcionales y la pérdida de la misma en proteínas tienen su explicación en comportamientos de la bioquímica general. De acuerdo con la lectura 3, se analiza las propiedades funcionales de la soya; a continuación se da un enunciado en la columna dos, Usted debe relacionarlos con el contenido de la lectura y escribir en la columna 1, lo que Usted cree que se relaciona con el enunciado dado, el cual es una explicación de lo que se analiza en la lectura 3. Columna 1 Columna 2 Esto es debido a que la Tº causa una pérdida de los enlaces que mantiene estable el nivel de estructuración de las proteínas (primaria, secundaria, terciaria). La pérdida de la estructura nativa, favorece el despegamiento de la misma para aumentar las
interacciones proteína-proteína. La solubilidad de la proteína de soya se afecta con el ph, calor y otros factores. La solubilidad se reduce al mínimo en la región de su punto isoeléctrico e incrementa ligeramente por arriba y por debajo de dicho rango. El tratamiento térmico desnaturaliza las proteínas lo que reduce su solubilidad. Es importante para la formación de un gel la desnaturalziación de la proteína para luego propiciar un reordenamiento adecuado. Algunos solventes orgánicos causan pérdida de la solvatación de las proteínas, haciendo que el agua que las rodea sea eliminada, esto favorece las interacciones proteína-proteína. Se entiende como la capacidad que tiene algunas sustancias de tener dentro de su estructura una parte polar y una no polar, las proteínas de soya deben tener dentro de su composición aminoácidos con carácter polar lo que le confiere la capacidad d e ligar sustancia polares, también debe poseer una cantidad adecuada de aminoácidos no polares para ligar sustancias de carácter hidrófobo. Se entiende como la proteína hidratada. En su superficie se pueden encontrar grupos polares que pueden atraer moléculas de agua mediante la formación de puentes de Hidrogeno. Éxitos.