PROPIEDAD GELIFICANTE DE LAS PROTEÍNAS

Una de las principales propiedades de las proteínas es su capacidad para formar distintas estructuras en los alimentos como espumas (merengue), emulsiones (mayonesa, manteca), geles (gelatina, clara de huevo duro) y masas (panes). Aunque son estructuras con características muy diferentes todas tienen en común que se forman a partir de la proteína desnaturalizada, es decir, la proteína tiene que perder su estructura nativa y reacomodarse para formar las nuevas estructuras.

Los geles son redes tridimensionales capaces de retener mucha agua en su interior. Para que pueda formarse es necesario que haya un balance entre las fuerzas atractivas que mantienen unidas a las cadenas proteicas adyacentes y las fuerzas repulsivas que permiten que se formen huecos o cavidades donde queda retenida el agua. De lo contrario, pueden ocurrir dos cosas: si las fuerzas atractivas predominan, las proteínas tienen demasiados puntos de contacto y las cavidades no se forman o son muy pequeñas, dando como resultado un precipitado.

En cambio, si predominan las fuerzas repulsivas y las cadenas no pueden acercarse lo suficiente, la red no se forma.

En la Tabla 1 se resumen estas fuerzas:

Como ejemplos de geles, se encuentra la gelatina y la clara de huevo duro. La gelatina es una proteína soluble que se obtiene por hidrólisis del colágeno, que es otra proteína pero insoluble, que forma parte del tejido conectivo de la piel, músculos y tendones de los animales. Las moléculas de gelatina forman una estructura tridimensional gracias a que las cadenas interaccionan entre sí principalmente mediante puentes de hidrógenos.

Este tipo de interacciones se forman en frío y se rompen al aumentar la temperatura. Es por este motivo que para formar un gel de gelatina, es necesario colocarlo en la heladera y una vez que el gel se formó, si permanece un tiempo a temperatura ambiente, se desarma (Figura 2). Este ciclo se puede repetir muchas veces, dando a este tipo de gel la característica de reversible.

La clara de huevo está compuesta por 88% de agua y 12% de proteína, de los cuales la albúmina es la más importante. Esta proteína también tiene la capacidad de formar geles, pero a diferencia de los de gelatina, son irreversibles. Esto se debe a que la estructura tridimensional que se forma luego que la albúmina se desnaturaliza por calor (cuando se hierve o fríe un huevo), se estabiliza por uniones disulfuro, que son enlaces covalentes y por lo tanto, la energía que se necesitaría para romperlos, destruiría también los enlaces peptídicos (también covalentes).

Las proteínas alimentarias que presentan mejores propiedades gelificantes son:

a) Proteínas miofibrilares: la gelificación térmica de estas proteínas es fundamental en la textura de numerosos productos cárnicos. Así. Por ejemplo, influye en la textura de las carnes reestructuradas y ayuda a estabilizar la emulsión de las salchichas y otros productos cocidos.

b) Las micelas de caseína, al ser capaces de gelificar y provocar una coagulación, se utilizan para la preparación de cuajadas y elaboración de quesos, leches, fermentadas y postres lácteos.

c) Las proteínas de lactosuero, presentan buenas propiedades gelificantes a temperaturas de 70-80 ºC. Se utilizan en la elaboración de postres lácteos, yogures y requesón.

d) Las proteínas de la clara de huevo presentan las mejores propiedades gelificantes, por lo que se utilizan de forma habitual como agente ligante en la fabricación de derivados cárnicos, pastelería, etc.

BIBLIOGRAFÍA:

1. Fennema R. Owen, 2000, Química de los alimentos, Segunda edición, España, Editorial Acribia, página 153
2. Blanco A., 2006, Química biológica, Octava edición, Argentina, Editorial Ateneo, página 21
3. Rembado M. 2009, La química en los alimentos, Argentina, Editorial Ministerio de educación de la nación, Página 60

MÉTODOS INDUSTRIALES PARA PREVENIR LA FORMACIÓN DE ACRILAMIDA EN ALIMENTOS

La acrilamida es un compuesto orgánico de bajo peso molecular, muy hidrosoluble, que se forma al cocinar determinados alimentos ricos en almidón a temperaturas superiores a 120 ºC y con baja humedad (frituras, asados); esto es debido principalmente a la reacción de Maillard, que se produce entre ciertos aminoácidos, tales como la asparagina libre, y los azúcares reductores (glucosa, fructosa y otros) y que confiere a los alimentos un color dorado, influyendo además en su sabor.

La acrilamida está clasificada por la Agencia Internacional de Investigación del Cáncer (IARC) como probable carcinógeno en humanos (Grupo 2A) debido a que la acrilamida es biotransformada en el metabolito glicidamida con actividad genotóxica con especial afinidad por el sistema nervioso.

CARACTERÍSTICAS QUE FAVORECEN LA FORMACIÓN DE ACRILAMIDA

1. DE ACUERDO AL PROCESO AL QUE SEAN SOMETIDOS 

A. Proceso de fritura

Los factores de más importancia para la formación de acrilamida en alimentos son la temperatura y el contenido de humedad. Como se indica, su formación inicia a temperaturas superiores de 120°C, sin embargo sometiendo alimentos a temperaturas por encima de 180°C se observa una disminución de esta reacción debido a que se produce una degradación de estas. Indudablemente, la disminución de la temperatura produce una menor cantidad de acrilamida, pero se producen efectos negativos en la calidad del alimento, como es la absorción de grasa y una textura deficiente. Además la cantidad de alimento a freír determina el descenso de temperatura que se produce al sumergirse el alimento en el aceite y el tiempo de fritura necesario para recuperar la temperatura inicial y por ende la formación de acrilamida, debido a que el producto está con una temperatura inicial más baja que la del aceite y por lo tanto toma tiempo en llegar a un equilibrio.

B. Proceso de horneado

Durante el proceso de horneado, ocurre simultáneamente una transferencia de calor y de masa que produce cambios físicos y químicos en el alimento, como lo son cambios de volumen, evaporación de agua y formación de la corteza. Tal como ocurre en el proceso de fritura, la temperatura y la humedad son parámetros críticos, se concluyó que la acrilamida se forma en la corteza de los productos horneados.

C. Proceso de tostado

El tostado del café implica la transferencia de calor a través de la estructura del grano, el transporte de vapor de agua, CO₂ y compuestos volátiles, como también cambios de volumen, estructura y composición. La formación de acrilamida tiene lugar en el comienzo del tueste.

2. De acuerdo al tipo de alimento

A. Café

En el café se ha detectado la presencia de acrilamida, formada durante el proceso de tostado y sus niveles pueden variar dependiendo de las diferentes variedades de café utilizadas. Esto dificulta la identificación de un método para optimizar el tostado, y así disminuir la formación de acrilamida. No hay estudios que permitan bajar los niveles de acrilamida formados y se sugiere el tostado por convección, aunque no está claro si es posible utilizarlo. No se dispone aún de tecnologías adecuadas para disminuir los niveles de azúcares reductores en el café. Sin embargo se vienen desarrollando estrategias para disminuir su formación debido a su importancia, considerando que el elevado consumo de café puede contribuir a aumentar los niveles de exposición poblacional.

B. Papas fritas

Los factores más importantes que determinan la formación de acrilamida son la composición de las papas, el tipo de suelo, variedad, las condiciones de almacenamiento pos cosecha y las variables del proceso de preparación como lo son la temperatura del aceite y el tiempo de fritura.

C. Cereales

En el caso de los cereales y los productos elaborados con cereales, como el pan, las galletas y los cereales para el desayuno, el contenido de asparagina es la materia prima determinante más importante en la formación de acrilamida. Se dispone de poca información sobre el contenido de asparagina en los diversos cereales. Por lo común, la concentración de asparagina puede oscilar entre 75 a 2200 mg/kg en el trigo, 50 a 1400 mg/kg en la avena, 70 a 3000 mg/kg en el maíz, 319 a 880 mg/kg en el centeno, y de 15 a 25 mg/kg en el arroz. Este nivel de variación indica que puede haber un margen para reducir la acrilamida aprovechando la variabilidad de asparagina. Las harinas ligeras contienen bastante menos asparagina que las harinas integrales. Sin embargo, si se reduce el contenido de harina integral se reducen las ventajas nutritivas del producto final.

MÉTODOS FÍSICOS

Consiste en desarrollar procesos en los cuales se modifiquen la temperatura, el tiempo, la humedad durante la transformación. Como se sabe, hay una relación entre la temperatura y el tiempo para la formación de acrilamida en los alimentos. Es por esto que una alternativa en las papas fritas es disminuir la temperatura o el tiempo de fritura utilizando vacío, encontraron que, en los alimentos ricos en grasa, el contenido inicial de agua es un factor determinante para desencadenar la formación de acrilamida, esto es debido a que el perfil de tiempo-temperatura durante el calentamiento se puede cambiar notablemente cuando una cantidad diferente de agua está presente. Estos resultados indican diferentes efectos de la actividad de agua en la formación de productos de Maillard y acrilamida. Si se controla la humedad, puede ser posible para desarticular estas reacciones concurrentes. Por lo tanto, la reducción del contenido inicial de agua puede ayudar a reducir la formación de acrilamida en grasa, mientras que el mantenimiento de un cierto nivel de humedad sería bueno para la reducción de acrilamida en los alimentos secos.

TEMPERATURA Y TIEMPO DE ALMACENAMIENTO

La temperatura y tiempo de almacenamiento de las papas influyen en el contenido en azúcares reductores. La acumulación de azúcares viene favorecida por las temperaturas bajas y el envejecimiento del producto. En las papas hay un equilibrio entre el contenido en almidón, y los azúcares reductores. El almacenamiento a temperaturas inferiores a 10 °C desplaza el equilibrio hacia la liberación de azúcares reductores que intervienen en la reacción de Maillard. Al aumentar el contenido en azúcares reductores en el proceso de fritura se formará mayor cantidad de acrilamida. El contenido en glucosa es cuatro veces mayor y el de fructosa es cinco veces mayor en papas almacenadas a 3 °C que en papas almacenadas a 10 °C. Otros autores también han señalado un mayor contenido en azúcares reductores en las papas almacenadas a 4 °C en comparación con la almacenada a 8 °C. Por ello, se recomienda almacenar las papas destinadas a freír a temperaturas por encima de 8 °C, de esta forma se reduce al mínimo el efecto del endulzamiento por bajas temperaturas, a temperaturas más bajas se acumulan azúcares reductores, especialmente cuando el almacenamiento es prolongado. Un periodo de almacenamiento a temperaturas superiores a 10 °C desplaza el equilibrio hacia la síntesis de almidón a expensas de los azúcares reductores. Por ello, las papas que han sido almacenadas en refrigeración se deben reacondicionar a temperaturas más elevadas durante 3 semanas a 15 °C. Por otro lado, el almacenamiento a altas temperaturas puede ocasionar problemas, ya que cuanto más elevada es la temperatura de almacenamiento antes se produce la germinación. Se debe evitar la germinación ya que determina cambios en la calidad de los tubérculos, además se asocia con un incremento de los azúcares reductores.

A nivel industrial, en Estados Unidos la FDA (2016), recomienda a los fabricantes consultar con los servicios locales de extensión agraria para identificar variedades de papas con bajo contenido de azúcares reductores disponibles en su región y en las diferentes épocas del año, o pedir a sus proveedores que ofrezcan variedades con bajo contenido de azúcar reductor cuando sea posible. Debido a esta problemática en Estados Unidos se están desarrollando nuevas variedades de papas con menor contenido en azúcares reductores y mayor resistencia al endulzamiento inducido por el frío, al igual que se están desarrollando cultivos (tanto por mejora genética convencional como por ingeniería genética) con menores niveles de asparagina, precursor de acrilamida.

RECOMENDACIONES Y PERSPECTIVAS

Como regla general, incluso para la comida preparada en casa, debería asumirse una posición radical: dorado sí, tostado no. Esto implica cocinar el tiempo justo y necesario, sin excesos (ni de tiempos ni de temperatura).

En la actualidad existen diversas estrategias para reducir los niveles de acrilamida en el café, las papas fritas y los cereales. Uno de los alimentos con niveles altos de acrilamida son las papas fritas debido a su alto contenido de azucares reductores y asparagina libre adicional a las altas temperaturas propias del proceso de fritura.

El lavado previo a la fritura de las papas reduce el contenido de azucares reductores lo cual favorece la disminución en la producción de acrilamida.

En investigaciones recientes demostraron experimentalmente que el contenido final de acrilamida en producto de papa congelado para freír disminuye significativamente, hasta en un 89 % en un proceso de fritura a 180 °C, si previamente se realiza la descongelación del producto en microondas, dicha reducción se relaciona con un tiempo menor de fritura necesario para obtener características organolépticas similares al producto sin descongelar.

Existe una herramienta de prevención y reducción de acrilamida en los alimentos, destinada a las industrias implicadas, ha sido elaborada por la Food and Drink Europe en colaboración con la Comisión Europea y se va actualizando de forma periódica. La última actualización en 2013, incluye cuatro categorías diferentes de alimentos: patatas fritas, pan (cereales de desayuno, galletas y productos de panadería), café (tostado y molido, instantáneo y sucedáneos de café) y alimentos infantiles (galletas y cereales infantiles y alimentos para lactantes). La herramienta detalla los métodos existentes para reducir la acrilamida en los alimentos y permite a los usuarios evaluar y seleccionar los métodos de reducción que deben utilizar en función de sus necesidades de fabricación.

BIBLIOGRAFÍA:

• Sanny, M., Luning, P.A., Marcelis, W.J., Jinap, S. y Van Boekel, M. (2010). Impact of control behavior on unacceptable variation in acrylamide in French fries. Trends Food Sci Technol, 21,256–267
• Romani, S., Bacchiocca, M., Rocculi, P. y Rosa, M.D. (2008). Effect of frying time on acrylamide content and quality aspects of French fries. Food ResTechnol, 226, 555–560.
• Claus, A., Weisz, G. M., Kammerer, D. R., Carle, R., Schieber, A. (2005). A method for the determination of acrylamide in bakery products using ion trap LC-ESI-MS/MS. Mol Nutr. Food Res, 49, 918 – 945
• Food Drink Europe. (2011). Food Drink Europe Acrylamide Toolbox 2011. Disponible en: http://ec.europa.eu/food/food/chemicalsafety/contaminants/ciaa_acrylamide_toolbox09.pdf.
• Biedermann-Brem, S., Noti, A., Grob, K., Imhof, D., Bazzocco, D., y Pfefferle A. (2003). How much reducing sugar may potatoes contain to avoid excessive acrylamide formation during roasting and baking. Eur Food Res Technol 217, 369–373.
• Food and Agriculture Organization y Organización Mundial de la Salud [FAO y OMS] (June 2002). Consultation on the Health Implications of Acrylamide in Food. 25-27, Geneva, Switzerland. Recuperado de: http://www.who.int/foodsafety/publications/chem/en/acrylamide_full.pdf?ua=1
• Gül, A.H. y Vural, G. (2014). Mitigation of acrylamide and hydroxymethyl furfural in instant coffee by yeast fermentation. Food Research International, 6, 252–256.
• Surkyk, N., Rosen, J., Andersson, R., y Aman, P. (2004). Effects of asparragine, fructose, and baking conditions on acrylamide content in yeast-leavened wheat bread. J Agric Food Chem 52, 2047–2051.
• Low, M.Y., Koutsidis, G., Parker, J., Elmore S., Dodson, A. y Mottram, D. (2006). Effect of citric acid and glycine addition on acrylamide and flavor in a potato model system. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 54, 5976–5983.
• Mogol, B. y Gökmen, V. (2014). Mitigation of acrylamide and hydroxymethylfurfural in biscuits using a combined partial conventional baking and vacuum post-baking process: Preliminary study at the lab scale. Innovative Food Science and Emerging Technologie.

IONIZACIÓN DEL AGUA, ÁCIDOS DÉBILES Y BASES DÉBILES

Aunque gran parte de las propiedades del agua como disolvente se pueden explicar en función de la molécula neutra de H₂O, debe tenerse también en cuenta el pequeño grado de ionización del agua en iones hidrógeno (H⁺) e iones hidroxilo (OH^–). Al igual que todas las reacciones reversibles, se puede describir la ionización del agua mediante una constante de equilibrio. Cuando se disuelven ácidos débiles en agua, su ionización aporta H⁺, las bases débiles consumen H⁺ al protonarse. Estos procesos también están gobernados por constantes de equilibrio. La concentración total de ión hidrógeno se puede medir experimentalmente y se expresa como el pH de la solución. Para predecir el estado de ionización de los solutos en agua, hemos de tener en cuenta las constantes de equilibrio pertinentes para cada reacción de ionización. Haremos por tanto ahora una breve discusión sobre la ionización del agua y de los ácidos y bases débiles disueltas en la misma.

El agua pura está ligeramente ionizada

Las moléculas de agua tienen una ligera tendencia a ionizarse reversiblemente para proporcionar un ión hidrógeno (protón) y un ión hidroxilo, dando el equilibrio.

                                                                H₂O   =      H⁺ + OH ^–

Aunque normalmente se muestra el producto de disociación del agua como H^–, los protones libres no existen en disolución; los iones hidrógeno formados en el agua son inmediatamente hidratados a iones hidronio (H₃O⁺). La formación de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua hace que la hidratación de los protones disociados sea virtualmente instantánea:

La ionización del agua puede medirse a través de su conductividad eléctrica; el agua pura conduce la corriente eléctrica al migrar H₃O⁺ hacia el cátodo y OH^– hacia el ánodo. El movimiento de los iones hidronio e hidroxilo en un campo eléctrico es extremadamente rápido en comparación con el de otros iones tales como el Na⁺, K⁺ y Cl^–. Esta elevada movilidad iónica es el resultado del “salto de protones” que se muestra en la Figura 1.

Ningún protón individual se mueve muy lejos a través de la disolución, pero una serie de saltos de protones entre moléculas de agua unidas por enlaces de hidrógeno causa el movimiento neto de un protón a una gran distancia en un tiempo notablemente corto. Como resultado de la elevada movilidad iónica del (y del OH^–, que también se mueve rápidamente mediante salto de protones, pero en la dirección opuesta), las reacciones ácido-base en disolución acuosa son excepcionalmente rápidas. Tal como se ve, el salto de protones también desempeña probablemente un papel en las reacciones biológicas de transferencia de protones (Fig. 2).

Puesto que la ionización reversible es crucial para el papel del agua en la función celular, hemos de tener una manera de expresar el grado de ionización del agua en términos cuantitativos. Un breve repaso de algunas propiedades de las reacciones químicas reversibles nos mostrará cómo podemos hacerlo. La posición del equilibrio de cualquier reacción química viene dada por su constante de equilibrio, K_eq (a veces expresada simplemente como K).

BIBLIOGRAFÍA:

1. Lehninger, 2009, Principios de Bioquímica, Quinta edición, España, Ediciones omega.
2. Harper, 2009, Bioquímica ilustrada, 28 edición, México, Mcgraw-hill interamericana editores.