Propiedades de los hidrocoloides

2.14.1 Propiedades de hidratación

Las propiedades de un constituyente macromolecular dependen de sus interacciones con el agua, exactamente lo mismo que estas dependen de su estructura conformacional. La actividad de agua (aw) permite describir las interacciones entre soluto y agua si el sistema está en equilibrio, como este no es el caso de los alimentos, constituidos frecuentemente por varias fases, para comprender mejor la dinámica del sistema deben ser utilizados parámetros cinéticos como la difusividad (Linden y Lorient, 1996).

2.14.2 Propiedades emulsificantes

Una emulsión es un sistema de dos fases formados por dos líquidos inmiscibles, uno disperso en el otro. Para una emulsión, el trabajo es aplicado en dos líquidos. Esto podría aumentar la energía interfacial entre los dos líquidos. También podría aumentar la energía interfacial desde el estado de energía libre del sistema con el aumento en el área de contacto con los líquidos (Mangino, 1984).

La aplicación industrial de polímeros naturales se fundamenta en la capacidad para modificar las propiedades reo1ógicas de los sistémas acuosos. Estos hidrocoloides tienen la propiedad de inmovilizar las moléculas de agua a través de sitios específicos hidrófobos e ionizables presentes en su estructura. La goma arábiga ha satisfecho por muchos años las necesidades de gomas del sector industrial.

Los hidrocoloides que contienen proteína (gelatina, goma arábiga, goma de mezquite) son buenos estabilizadores, ya que tienen suficientes grupos hidrofóbicos para actuar corno puntos de anclaje o unión. Así mismo, contienen muchos grupos hidrofílicos para reducir la tensión de superficie en una interfase líquido-líquido o líquido-gas.

La capacidad de emulsión (CE) se refiere a la cantidad máxima de aceite emulsionada, bajo las condiciones específicas, por una cantidad estándar de hidrocoloide, hasta que se produzca la inversión de fases. El procedimiento termina cuando existe un colapso de

La estabilidad de las emulsiones (EE) depende de la existencia de varios tipos de interacciones atractivas y repulsivas entre las partículas, como son: Van Der Waals, electrostáticas, esféricas e hidrofóbicas. Todas estas interacciones afectan en aspectos, principalmente de tamaño de partícula, lo cual conduce a la deducción de que existe agregación entre dichas partículas debido a interacciones ~e tipo atractivas.

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La creación de emulsiones debe cumplir con un periodo largo de almacenamiento, con fines de uso de muchos productos comerciales principalmente en el rubro alimenticio.

Las emulsiones pueden ser inestables debido a tres factores fundamentales: la formación de crema o sedimentación, la floculación y la coalescencia o fusión de las gotas, que presupone un aumento progresivo de su tamaño y provocan la separación de las dos fases (Cheftel et al., 1989).

Partes que constituyen una emulsión: Una emulsión está constituida por tres regiones, las cuales presentan propiedades fisicoquímicas diferentes: la fase dispersa, la fase continua y la interfase. Todas las moléculas o ingredientes de la emulsión se distribuyen según su concentración y polaridad a lo largo de las regiones mencionadas anteriormente. Las moléculas polares tienden a localizarse en la fase acuosa, las moléculas no polares tienen afinidad por la fase oleosa, y las moléculas amfifilicas se localizan en la interfase.

Las moléculas en una emulsión tienden a moverse de una región a otra, alterando de esta forma las condiciones fisicas y químicas de la misma. Este movimiento, así como la concentración e interacciones de sus constituyentes tienen una influencia significativa en las propiedades fisicoquímicas, textura y aplicación de estos sistemas dispersos (McClements, 1999).

Mecanismos de inestabilidad en emulsiones: Ruiz, 2004, los mecanismos fisicoquímicos responsables de las alteraciones en las propiedades de una emulsión se esquematizan en la Figura l.

• La sedimentación y el cremado son dos formas de separación gravitacional. El cremado describe la migración de las gotas hacia la parte superior del sistema debido a la diferencia de densidades en las fases. En la sedimentación ocurre un proceso mverso.

• La floculación y coalescencia son dos tipos de agregación de las gotas. La inestabilidad por floculación ocurre cuando dos o más gotas se agregan, debido a las colisiones provocadas por el movimiento Browniano, conservando su individualidad. Mientras que en la coalescencia, la colisión de dos o más gotas forma una sola.

• Inversión de fases es el proceso mediante el cual una emulsión agua en aceite se convierte en una emulsión aceite en agua, o viceversa.

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Flocnlación

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Figura 2: Mecanismos físicos de inestabilidad de una emulsión (McClements, 1999)

2.14.3 Propiedades espumantes

Las espumas o batidos alimenticios son dispersiones de gas en una fase contínua liquida o semi- sólida que contienen un surfactante soluble.

Para la formación de espuma, el hidrocoloide debe ser soluble en agua y flexible, para formar una película de aire - interface agua. Para que las películas puedan ser estables, deben poseer suficiente fuerza mecánica y viscosidad para prevenir una subsecuente ruptura y coalescencia. En la Figura 2, se indican las diferentes etapas para la formación de espumas (Cheftel et al., 1989).

t ^E

Líquido En1ulsión gaseosa Espun1a o batido

A= Volumen del líquido o solución de hidrocoloides, B= Volumen de gas incorporado, C=Volumen total de la dispersión, D=Volumen de líquido en la espuma, volumen de la espuma.

Figura 3: Etapas de formación de espuma

2.14.4 Propiedades de fermentación de los hidrocoloides

Los hidrocoloides que son resistentes a la digestión en el intestino delgado, así como la fibra alimentaria (incluyendo el almidón resistente que constituye hasta una quinta parte del almidón ingerido), muchos oligosacáridos (excepto aquellos que proceden de los jarabes de glucosa), y una parte de los hidratos de carbono hidrogenados (polioles), pasan al intestino grueso donde la microflora intestinal los fermenta parcial o totalmente. La lactosa también puede escapar a la digestión y absorción del intestino delgado, debido a la baja actividad de la enzima lactasa, y pasar al colon. Se cree que los carbohidratos no digeribles, originalmente considerados sólo como agentes laxantes, tienen efectos fisiológicos importantes como resultado de su fermentación (Inmaculada M. 2008).

La velocidad y el grado de la fermentación de los hidratos de carbono dependen de la solubilidad y la estructura de los polisacáridos y de la accesibilidad de las bacterias a estos polisacáridos. Por ejemplo, la mayoría de los polisacáridos solubles, hidratos de carbono hidrogenados y los oligosacáridos fermentan rápida y completamente, mientras que el almidón resistente fermenta completamente, aunque sólo de forma lenta, y la celulosa y las hemicelulosas son parcialmente resistentes a la fermentación.

El proceso de fermentación (Figura 3) de hidrocoloides se produce en el colon donde existe la microflora capaz de realizar este proceso. Este proceso es fundamental para el funcionamiento del intestino grueso.

La degradación microbiana requiere un grupo de bacterias colónicas que pueden variar de un individuo a otro. Las bacterias utilizan los productos de la fermentación para generar energía y extraer el carbono que es necesario para su crecimiento.

La degradación bacteriana de los carbohidratos no digeribles origina, como productos finales, ácidos grasos de cadena corta y gases. Los ácidos grasos de cadena corta pueden ser absorbidos a través de la mucosa intestinal y presentan funciones importantes en el ámbito del colon como la disminución del pH, efecto trófico, producción de energía, etc., y en el ámbito sistémico influyen sobre el metabolismo de lípidos, la glucemia, etc (Guillon y Champ, 2000; Guillon, Champ y Thibault, 2000).

Uno de los ácidos grasos de cadena corta (AGCC), el ácido butírico, se considera un nutriente principal para el crecimiento normal de las células epiteliales del revestimiento de la mucosa colónica y puede jugar un papel decisivo en la prevención de las enfermedades del colon.

El proceso de fermentación también tiene efectos en el metabolismo sistémico, ya que algunos AGCC se absorben y metabolizan para proporcionar energía. Se estima que la cantidad de energía producida por la fermentación de los hidratos de carbono es de 2 kcal/g aproximadamente, lo que supone la mitad del valor calórico de los hidratos de carbono digeridos en el intestino delgado (Gray, 2003).

Los gases metano, hidrógeno y imhídrido carbónico producidos en la fermentación pueden ser eliminados causando flatulencias (Guillon y Champ, 2000; Guillon, Champ y Thibault, 2000; García et al., 2002); o aparece en la respiración, y otra parte la consumen las bacterias colónicas (Gray, 2003).

0030'7

A

+

Fermentación BACTERIAS COLÓNICAS

·C02, e~, H20I H2 y Ácidos grasos de cadena corta: acético, propiónico y butírico

Figura 4: Proceso de fermentación de la fibra alimentaria en el colon.

Producción de los ácidos grasos de cadena corta (AGCC)

La naturaleza de los productos de la fermentación también depende de los carbohidratos específicos, pero los factores que gobiernan la producción preferencial de AGCC individuales no se ha confirmado de manera definitiva.