Propiedades Físicas y Químicas de los Alimentos II

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PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DE LOS ALIMENTOS II SEMINARIOS PROPIEDADES FUNCIONALES: GELIFICACIÓN – FORMACIÓN DE FILMS

1. Describa qué entiende por gel. 2. Seleccione alimentos en los cuales la propiedad funcional de formación de geles sea importante para la elaboración y estabilidad de los mismos. 3. Compare las características de proteínas e hidratos de carbono en cuánto a su capacidad para actuar como agentes gelificantes. Describa los mecanismos a través de los cuáles las proteínas y los hidratos de carbono conducen a la formación de geles. Para el caso de las proteínas detalle las etapas que intervienen en la formación y las modificaciones que sufren en las mencionadas etapas. 4. Cómo determinaría experimentalmente la temperatura, concentración, tiempo mínimo, necesidad de la presencia de iones u otra condición para la gelificación de las diferentes macromoléculas. 5. Defina que entiende por material viscoelástico y los parámetros asociados al componente viscoso y al componente elástico. 6. Describa los equipos que pueden ser empleados para determinar viscoelasticidad. 7. Qué entiende por perfil de textura. Detalle los parámetros que se pueden obtener a partir del análisis de perfil de textura (TPA: texture profile analysis). 8. Definir película y cobertura. ¿Cuál es la diferencia entre ambas? 9. ¿Qué características de películas y coberturas tienen importancia y por qué? Explicar detalladamente a qué se refiere cuando se habla de propiedades mecánicas y de barrera. ¿Cómo se evalúan dichas propiedades? ¿Qué equipos utiliza, qué parámetros obtiene y qué información brindan los mismos? 10. ¿Qué tipo de interacciones pueden establecerse entre moléculas de lípidos? 11. Describa brevemente las diferentes formas cristalinas que pueden adoptar los lípidos. 12. Cómo influye la relación sólido/líquido de la materia grasa en las características de textura de los alimentos. 13. Dispersiones proteicas de aislados de soja al 10 % p/p fueron tratadas térmicamente a efectos de obtener los geles correspondientes (10 % p/p, 90 °C durante 30 min). Se determinó la capacidad de retención de agua de los geles en función del pH y concentración de proteína. Interprete los resultados obtenidos en las Figuras 1 y 2.

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Asimismo se determinó la solubilidad de los geles en agua destilada, buffer y buffer / SDS / urea. Los resultados se muestran en la Figura 3. ¿Qué información obtiene a partir del ensayo realizado? ¿Cuál es el efecto de la concentración y el pH? ¿Qué tipos de uniones estabilizan el gel y por qué?

Figura 1: Capacidad de retención de agua (WHC) de geles proteicos de soja (10% p/p) de distinto pH.

Figura 2: Capacidad de retención de agua (WHC) de geles proteicos de soja de pH 2,75 (●) y pH 3,50 (■) de distinta concentración de proteína.

Figura 3: Solubilidad de geles proteicos de soja de pH 2,75 (a) y pH 3,50 (b) en agua destilada (●), buffer (■) y buffer / SDS/ uréa (▲) en función de la concentración de proteína en el gel.

Cuando se efectuaron ensayos de reología oscilatoria y se determinaron los valores de parámetros viscoelásticos para los geles al 10 % y al 14 % de concentración a pHs ácido y alcalino se obtuvieron las variaciones de G’, G’’ y tangente del ángulo de desfasaje que se muestran en las Figuras 4 y 5. Interprete los resultados.

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Figura 4: Variación de G´ (●), G´´ (▲) (a) y tang δ (■) (b) en función del pH del gel (10%p/p). Figura 5: Variación de G´ (a), G´´ (b) y tang δ (c) en función del pH para las concentraciones de proteína utilizadas (10 o 14%).

14. El gelano, polisacárido producido por Pseudomonas elodea y admitido como aditivo alimentario, está compuesto por los monosacaridos β-D-glucosa, ácido β-D-glucurónico y α-Lramnosa en la relación molar 2:1:1 unidos formando una estructura primaria lineal. El polímero nativo se encuentra altamente acilado por grupos O-5-acetil y O-2-gliceril sobre los residuos de glucosa unidos (1→3) del polímero. Cuando se lo expone a álcalis a altas temperaturas ambos tipos de grupos son hidrolizados y en consecuencia el polímero es deacilado formando lo que se denomina gelano de bajo acilo (Figura 6). Este último polisacárido se disuelve en agua a temperaturas por encima de 90ºC y las soluciones forman geles en presencia de cationes cuando son enfriadas. El polisacárido nativo, en cambio, forma geles mucho más débiles.

Figura 6: estructura química de la goma gelano en su forma nativa de alto acilo (a) y en la forma deacilada o de bajo acilo (b). Área De Control Y Bioquímica De Los Alimentos

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Plantee un esquema que pueda explicar el mecanismo de gelación del gelano deacilado comercial en presencia y ausencia de cationes. Describa detalladamente el mismo indicando las características esperadas de los geles formados en cada condición planteada. La Figura 7 muestra los espectros mecánicos de gelano deacilado a dos temperaturas diferentes. Cómo obtiene los mismos. Indique a qué temperaturas supone se han realizado cada uno de los ensayos (a y b). Justifique detalladamente las diferencias entre ellos y relacione las mismas con la microestructura de acuerdo al modelo presentado anteriormente.

b

a Figura 7: módulos elástico (G´) y viscoso (G´´) en función de la frecuencia para gelano deacilado 10g/l en 0.1 M NaCl.

15. Una película o recubrimiento comestible se define como una capa delgada de un material comestible que se aplica sobre un alimento o se coloca entre componentes del mismo. En la Tabla 1 se presentan los valores de algunos parámetros que caracterizan películas comestibles y sintéticas no comestibles pero muy utilizadas por la industria para el envasado de alimentos. Tabla 1: Permeabilidad al vapor de agua (WVP: water vapor permeability), resistencia máxima a la tracción y elongación máxima de películas comestibles o utilizadas comúnmente por la industria en la envoltura de alimentos. Composición de la película

WVP (g/m.s.Pa)

Resistencia máxima a la tracción (MPa)

Elongación máxima (%)

7,1

22

Almidón de maíz plastificada con glicerol

9  10

Quitosano sin plastificar

4,5  10

60,7

3

Quitosano plastificada con glicerol

2,3  10

20

35

Metilcelulosa

8,7  10

16.5

14

Metilcelulosa plastificada con glicerol

1,1  10

20,83

50

Proteínas aisladas de suero platificadas con glicerol

1,3  10

-9

3,5

20

Celofán

8,4  10

-11

85,8

15

LDPE

9,14  10

16,2

300

HDPE

2,31  10

27,8

500

-11

-11

-10

-11

-10

-13

-13

LDPE: polietileno de baja densidad (Low density polyethylen) HDPE: polietileno de alta densidad (High density polyethylen)

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a. ¿Cómo deben ser las películas y recubrimientos comestibles en cuanto a su sabor y aroma? Justifique. b. ¿Qué características ópticas se evalúan en películas y coberturas comestibles? ¿Cuál es la importancia de las mismas? c. Por qué aplicaría una película entre componentes de un mismo alimento. d. Explique detalladamente cómo efectúa la medida y los cálculos que realiza para determinar la resistencia máxima a la ruptura y la elongación máxima. Qué equipo utiliza para realizar las medidas. e. Cómo influye la incorporación de un plastificante a la formulación de una película. Justifique. f. ¿Qué importancia considera que posee la determinación de la permeabilidad al vapor de agua? ¿Qué se puede concluir al observar los valores de este parámetro correspondientes a las películas comestibles y a las sintéticas? 16. En un laboratorio se esta trabajando con almidón de mandioca y celulosas modificadas para formular nuevos productos alimenticios. Para caracterizar el almidón se realizaron amilogramas a diferentes concentraciones de almidón. En la Figura 8 se muestran los resultados obtenidos. ¿Qué información obtiene a partir de los amilogramas? Describa los fenómenos que ocurren a lo lago de la curva. ¿Cuál es el efecto de la concentración de almidón?

Figura 8: Amilogramas de almidón de papa a distintas concentraciones.

En el mismo laboratorio se probaron, además, mezclas de almidón (6%) con diferentes celulosas modificadas para obtener geles. Las celulosas fueron obtenidas a partir de una sustitución de grupos –OH de la celulosa nativa por grupos etilo e hidroxietilo. Las hidroxietil celulosas (EHEC) obtenidas resultaron ser solubles en agua debido a la incorporación de pequeñas cantidades de los grupos hidrofóbicos (etilos) y de los grupos hidroxietilos hidrofílicos. De acuerdo al grado de sustitución y pesos moleculares se lograron tres celulosas modificadas diferentes cuyas características se resumen en la Tabla 2. Se prepararon geles con almidón (6%) y las diferentes celulosas a concentraciones entre 0 y 1%. Los resultados obtenidos se presentan en la Figura 9.

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a. Analice cómo varían los módulos de almacenamiento y de pérdida en función de la concentración de celulosa utilizada y del tipo de celulosa. ¿Qué indican estos resultados en términos de la formación del gel? b. ¿Qué concentración y que celulosa elegiría para formar un gel firme? c. Teniendo en cuenta las características de las celulosas modificadas utilizadas, enuncie una hipótesis que explique los resultados obtenidos. Tabla 2: Viscosidad a 20ºC y peso molecular de las celulosas modificadas. Celulosa Viscosidad a PM medio modificada 20ºC (mPa.s) EHEC1 300 (2%) 80000 EHEC2 2200 (2%) 170000 EHEC3 11000 (1%) 350000 Figura 9: Efecto de la concentración de EHEC (% p/p en el gel) en los geles a 25 °. EHEC1: G’ (∆),G” (▲), EHEC 2: G’ (),G” (), EHEC 3: G’ (□),G” (■).

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