Goma De Mezquite

Goma de mezquite: una alternativa de uso industrial

Yolanda L. López-Franco,1 Francisco M. Goycoolea,2 Miguel A. Valdez3 y Ana María Calderón de la Barca4

1Yolanda L. López-Franco. Doctora en Ciencias, Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo A.C. (CIAD), Hermosillo, Sonora, México.

2Francisco M. Goycoolea. Doctor en Polisacáridos Alimentarios, University of Cranfield Silsoe, Bedford, Inglaterra. Investigador, CIAD, México. Dirección: Apartado Postal 1735, Hermosillo, Son. 83000, México. e-mail: fgoyco@cascabel.ciad.mx

3Miguel A.Valdez. Doctor en Ciencias. Instituto Politécnico Nacional, México. Profesor Investigador, Universidad de Sonora, México.

4Ana María Calderón de la Barca. Doctora en Ciencias, Universidad de Copenhague, Dinamarca. Investigadora, CIAD, México.

Resumen

El mezquite es una leguminosa ampliamente distribuida en las zonas áridas y semiáridas del mundo. En condiciones de estrés, el árbol secreta en su corteza un exudado gomoso vítreo conocido como goma de mezquite. Este polisacárido es una arabinogalactana proteica cuyas propiedades químicas, macromoleculares y funcionales son similares a las de la goma arábiga, producto de múltiples usos industriales particularmente en alimentos, bebidas y farmacia. La goma arábiga, obtenida a escala industrial de la corteza de Acacia senegal y A. seyal en varios países de África, ha satisfecho por décadas la demanda a nivel mundial; sin embargo, su escasez periódica e inseguridad en el suministro y precios, conllevan a la búsqueda de otras fuentes botánicas de goma capaces de remplazar a la goma arábiga. Dentro de éstas, la goma de mezquite reviste un interés especial, toda vez que ambas comparten características fisicoquímicas y funcionales. La relación entre las características químicas, la arquitectura macromolecular y las propiedades emulsificantes de los componentes de la goma de mezquite sugieren que puede competir exitosamente, desde el punto de vista técnico, con la goma arábiga.

Mesquite gum: alternative of industrial use

Summary

Mesquite (Prosopis spp.) is a leguminous tree widespread in arid and semi-arid zones of the world. In stress conditions, the tree exudates a vitreous gummy material known as mesquite gum. This polysaccharide is an arabinogalactan protein with chemical, macromolecular and functional properties similar to those of gum arabic, having industrial potential use in foods, beverage, pharmacy, etc. Gum arabic from Acacia senegal and A. seyal has satisfied the market demand for many decades; however, its high cost, shortage and supply insecurity has prompted the search of other botanic sources of gums such as mesquite gum from Prosopis spp. The relation between chemical characteristics, macromolecular structure and emulsifying properties of mesquite gum components suggests that mesquite gum can compete successfully with gum arabic.

Goma de mesquite: uma alternativa de uso industrial

Resumo

O mesquite é uma leguminosa amplamente distribuida pelas zonas áridas e semiáridas do mundo. Em condições de estress, a árvore secreta na córtex um liquido gomoso vítreo conhecido como goma de mesquite. Químicamente, esse polissacarídeo tem sido definido como uma arabinogalactana proteica com propriedades químicas, macromoleculares e funcionais similares à goma arábica, com muitos usos industriais, particularmente em alimentos e bebidas, farmácia, entre outros sectores. A goma arábica, obtida do córtex da Acacia senegal e de A. Seyal, têm satisfeito por decadas ao setor industrial, no entanto, a escassez e pouca seguridade no suministro têm incentivado a procura de outras fontes botanicas de goma capazes de sustituir à goma arábica. Dentre estas, a goma de mesquite reveste um interesse especial, uma vez que suas propriedades são comparavéis às da goma arábica. A relação entre as caraterísticas químicas, a arquitetura macromolecular e as propriedades emulsificantes dos componentes da goma de mesquite sugerem que ela pôde competir com sucesso, do punto de vista técnico, com a goma arábica.

Palabra Claves: Goma arábiga, Goma de mezquite, Mezquite, Polisacáridos.

Recibido: 14/10/2005. Modificado: 11/01/2006. Aceptado: 16/01/2006.

El árbol de mezquite (Prosopis spp.), es nativo de zonas áridas y semiáridas del mundo, adaptable a condiciones de extrema aridez y altura sobre nivel del mar. El mezquite es un árbol de 4-12m de altura que pertenece a la familia Leguminosae, subfamilia Mimosoideae y género Prosopis. Su nombre proviene de la palabra azteca "misquitl". Debido a su bajo requerimiento de agua, el mezquite reviste gran importancia en las regiones áridas, las que alcanzan ya una tercera parte de la superficie terrestre. Más aún, el desarrollo industrial, la tala excesiva y el crecimiento de zonas urbanas, están incrementando rápidamente las zonas áridas. Por otra parte, la falta de productividad primaria en estos lugares áridos, la mayoría rurales, limita el desarrollo sostenible de una sociedad sana. México posee una extensión de 56 y 23 millones de km2 de zonas áridas y semiáridas, respectivamente, que representan ~40% de la superficie total del territorio mexicano.

En estas zonas se ha considerado que el cultivo del mezquite representa una alternativa de desarrollo agropecuario forestal que podría mejorar los niveles de vida del sector rural. Este recurso es abundante en Estados Unidos, México, Perú, Chile, Argentina, Brasil, Australia, Haití, Paquistán y en las partes áridas de la India (INE, 1994). Existen 44 especies de Prosopis, de las cuales 42 se encuentran en el Continente Americano. En Estados Unidos predominan cuatro especies: P. glandulosa var. torreyana en California, P. velutina en Arizona, P. glandulosa var. glandulosa en Texas y P. pubescens espiral, que se encuentra en pequeñas cantidades en todas las regiones (INE, 1994). En México (INE, 1994) predominan especies como: P. palmeri (en Baja California); P. reptains var. cinerscens (al norte de Tamaulipas); P. pubescens (norte de Chihuahua y Baja California); P. articulata (en la región de Mar de Cortés, Sonora y Baja California Sur); P. tamaulipana (Tamaulipas, San Luis Potosí y Veracruz) que tal vez sea una variante de P. laevigata, ya que coexiste con ella; P. velutina (Sonora) muestra influencia genética con P. glandulosa; P. juliflora, reclasificada como P. laevigata (centro y sur de México, Guerrero, Querétaro, Estado de México, Michoacán, Morelos, Oaxaca, Puebla, San Luis Potosí, Veracruz, Nuevo León, Aguascalientes, Durango, Guanajuato, Hidalgo, Jalisco y Zacatecas); P. glandulosa var. glandulosa (Coahuila, Chihuahua, Sonora, Nuevo León y norte de Tamaulipas); P. glandulosa var. torreyana (Baja California, Baja California Sur, Chihuahua, Sinaloa, Coahuila, Nuevo León, Zacatecas y norte de San Luis Potosí). En México la mayor densidad de mezquitales (o mezquiteras) se concentra principalmente en el estado de Sonora, aunque también abunda en los estados de Durango, San Luis Potosí, Coahuila, Chihuahua, Nuevo León, Tamaulipas y Zacatecas (Rodríguez y Maldonado, 1996). Al norte de Chile, se encuentra P. tamarugo, P. chilensis, P. alba, etc.

La importancia ecológica del mezquite es indiscutible; por una parte juega un papel importante en el medio ambiente como planta fijadora de nitrógeno, enriquece el suelo a su alrededor, promueve el crecimiento de matorrales asociados a ella y por tanto previene la erosión del suelo; así mismo actúa como planta nodriza de numerosas especies de aves y roedores (Golubov et al., 2001). Por otro lado, esta planta se emplea en la obtención de madera, leña, carbón, miel; sus frutos (vainas) se utilizan en la elaboración de diversos alimentos para consumo humano y como forraje (Rodríguez y Maldonado, 1996). En escala muy pequeña también se aprovecha la goma de su corteza. Si bien la utilización de la madera de mezquite para la elaboración de parquet, muebles, leña y carbón, representan una importante actividad económica en numerosas comunidades rurales, la tala indiscriminada, ha resultado en una severa deforestación de este recurso en zonas áridas. En contraste, el aprovechamiento de productos no maderables de alto valor, tales como vainas, miel y goma, constituyen alternativas económicas mucho más acordes con el concepto de desarrollo sostenible.

De las diversas fracciones de la vaina del mezquite se obtiene harinas integrales, jarabe, sustituto de café y proteína, particularmente en el norte del Perú (Becker y Grosjean, 1980; Del Valle et al., 1983, 1986; Meyer et al., 1986; Bravo et al., 1998; Estévez et al., 2004). No obstante los diversos usos documentados para las vainas de mezquite, su aprovechamiento industrial se ha circunscrito a la región de Piura al noroeste de Perú, donde abunda P. pallida. Por su parte, la goma exudada de la corteza del mezquite constituye un producto de alto valor actualmente desaprovechado. Esta revisión da cuenta de los avances registrados en los últimos años en el conocimiento de las características fisicoquímicas y funcionales de la goma exudada del mezquite, a la luz del cual se analizan las posibilidades de su aprovechamiento a nivel industrial. Cabe aclarar que los estudios recientes sobre aspectos de la estructura, funcionalidad y aplicaciones de la goma de mezquite se pueden atribuir en su mayor parte a dos grupos de trabajo mexicanos independientes, el grupo de Beristain, Pedroza-Islas y Vernon-Carter que ha trabajado con material obtenido de P. juliflora, reclasificada como P. laevigata y proveniente del estado de San Luis Potosí, y los autores de este trabajo, que han trabajado con goma obtenida de P. velutina nativa del estado de Sonora. No obstante, no existe un estudio comparativo entre las gomas de ambas especies de Prosopis, por lo que en los diversos estudios citados que se discuten en este trabajo se hace explícito el origen botánico de la goma.

Gomas de uso industrial

Los almidones, pectinas, galactomananas y los exudados, como la goma arábiga y la goma de mezquite, son sustancias de origen vegetal de amplia utilización en las industrias alimentaria, farmacéutica, textil, cosmética y vinícola. Las propiedades funcionales de las gomas o hidrocoloides son las que determinan su aplicación específica en la industria. Los criterios empleados para estudiar las propiedades funcionales son su habilidad para encapsular aromas, sabores, pesticidas, fármacos (propiedades encapsulantes); su capacidad para enlazar moléculas de agua y grasa (propiedades emulsificantes); su efecto sobre la reología y su textura; capacidad para formar geles y efectos sobre la cristalización (Beristain et al., 1996).

Algunos biopolímeros, principalmente proteínas y polisacáridos solubles en agua, han encontrado múltiples aplicaciones como agentes estabilizantes y texturizantes en un amplio rango de productos alimenticios. El uso funcional de estos hidrocoloides está relacionado con su capacidad de incrementar la viscosidad de sistemas acuosos, a sus propiedades para formar geles, así como a su capacidad para estabilizar partículas coloidales diversas (1-100mm) a las que dispersan o emulsifican. Esta última propiedad, característica de materiales como la goma arábiga y de mezquite, se basa en la capacidad de las especies de arabinogalactanas proteicas (AGP) que constituyen estas gomas para adsorberse en interfases líquido-líquido, líquido-sólido o líquido-aire. La funcionalidad también depende de la forma en la cual estos polímeros se adsorben en la interfase aceite-agua (Vernon-Carter y Sherman, 1980a; Garti y Lesser, 2001).

Goma arábiga

La goma arábiga (Osman et al., 1993) es un polisacárido natural de alto peso molecular (350kDa) constituido por una cadena de polisacárido (95%) y una pequeña fracción (1-2%) de proteína. Esta goma presenta un amplio rango de aplicaciones en muy diversos productos, tales como bebidas, confitería, fármacos, aromas y sabores en polvo, productos de panificación, cerveza, vino, cosméticos y productos para fotografía.

La goma arábiga comercial se obtiene de la corteza de Acacia senegal y A. seyal, árbol nativo de la zona del Sahel, que bordea por el sur el desierto del Sahara en África y abarca una enorme extensión distribuida en varios países. Esta situación le otorga a esta zona el control de los precios y la producción mundial. La goma arábiga se clasifica y purifica en diferente grado para su comercialización por empresas francesas, alemanas y estadounidenses, que a su vez lo exportan a todo el mundo (Secretaria de Economía, 2005).

La goma arábiga africana ha satisfecho por muchos años la demanda del sector industrial; sin embargo, la escasez debida a sequías y la inseguridad política de las regiones donde se produce, ha incentivado la búsqueda de otras fuentes botánicas que ofrezcan mayor seguridad en el suministro y los precios. En este sentido, existen otras especies de Acacia que también producen goma. Sin embargo, únicamente el exudado proveniente de A. senegal y A. seyal está reconocido como sustancia generalmente segura (GRAS) por la administración de alimentos y drogas de los EEUU (FDA) para su uso en alimentos. Ninguna goma proveniente de otras especies o géneros cuenta con dicha autorización.

Del año 2000 al 2003, la importación a México de goma arábiga aumentó de 3431 a 7056ton (Tabla I; Secretaria de Economía, 2005), con un valor de ~USD 4 millones en el 2003. En el 2004, la importación de goma arábiga se redujo a 1457ton pero el valor fue casi cinco veces mayor (USD 4,2 millones). Al escasear el producto los costos se elevan y, por tanto, debe buscarse alternativas que reduzcan la importación de la goma arábiga. Una posibilidad como substituto de la goma arábiga, es la goma de mezquite. Sin embargo, a la fecha es un recurso que no se aprovecha. Esto sucede aun cuando la industrialización de la goma de mezquite, al ser un producto renovable, ampliamente disponible en zonas áridas del país, tendría beneficios directos a las zonas rurales de estas regiones, toda vez que serían las proveedoras de la materia prima a los industriales. Esto a su vez, permitiría ofrecer un sustituto de goma arábiga disponible nacionalmente, a precios competitivos que resultarían en ahorro y reinversión de capital para las empresas usuarias. Algunas de las barreras técnicas y económicas que deben vencerse antes de que la goma de mezquite sea aprovechada a nivel industrial incluyen la autorización para obtener el estatus GRAS por parte del FDA en EEUU para uso en alimentos, el aseguramiento de la producción y la instrumentación de criterios de calidad y de clasificación que permitan elaborar un sistema de precios. Estos aspectos se discuten en mayor detalle más adelante.

Polisacáridos de mezquite

Al estar expuesto al ataque de insectos, heridas mecánicas y en condiciones diversas de estrés fisiológico como calor y agua, el árbol de mezquite segrega un exudado o goma de color rojo ámbar y a veces obscura, a nivel del cambium vascular, que previene la desecación del tejido y evita el ingreso de agentes patógenos (Greenwood y Morey, 1979). Esta goma ha sido utilizada en la medicina tradicional en poblaciones indígenas. Tradicionalmente, la goma de mezquite de Sonora se ha colectado y comercializado en pequeña escala como golosina, laca para el pelo, pegamento y otros usos domésticos. Actualmente la cantidad de goma que se colecta para su comercialización en esta región mexicana no excede 2ton/año. En San Luis Potosí, la goma de P. laevigata se ha comercializado para su uso en la industria de refrescos.

Además de la goma de la corteza del mezquite, del endospermo de la semilla se obtiene un polisacárido de la familia de las galactomananas (Goycoolea et al., 2001). A esta familia pertenecen las gomas guar (Cyamopsis tetragonolobus), tara (Caesalpinia spinosa) y la de semilla de algarrobo (Ceratonia siliqua), utilizadas ampliamente en la industria de alimentos como agentes espesantes y como estabilizantes de helado y otros productos (Fox, 1997; Estévez et al., 2004). Las galactomananas son polisacáridos neutros de estructura lineal formados por una cadena central de D-manosa unidas por enlaces (14), a la cual se enlazan residuos de  (16)-D-galactosa en distinta proporción, dependiendo del origen botánico. Se ha demostrado que la galactomanana del mezquite, al igual que las de uso industrial, tiene capacidad de formar geles sinérgicos con otros polisacáridos, como la goma xantano (Goycoolea et al., 2001).

Producción de goma de mezquite

La disponibilidad de goma de mezquite en cantidades suficientes para asegurar una producción tal que pueda satisfacer la demanda actual y poder competir por el mercado de la goma arábiga, es el principal obstáculo a fin de poder impulsar la inversión de capital en esta actividad. En los estados mexicanos de Sonora y San Luis Potosí se han llevado a cabo estudios cuantitativos para estimar la disponibilidad de goma de mezquite en los bosques de mezquital, es decir, en poblaciones silvestres. Sonora, en el noroeste de México, tiene una extensión de 184934km2, con el 70% de superficie desértica y semidesértica. Los mezquitales están distribuidos en casi todo el estado. Sin embargo, las masas arboladas de mezquite como especie dominante, y con potencial de aprovechamiento, se encuentran en bajíos y áreas ribereñas principalmente, aunque en algunas planicies se aprecian poblaciones importantes de mezquite en asociación con otras especies (CONAFOR, 2002). En 1999 se evaluó la disponibilidad de la goma de mezquite de P. velutina en cuatro poblaciones silvestres de la zona central del estado, con una densidad de árboles de 80/ha. De éstos, solo el 10% produjeron goma, por lo que se estimó un rendimiento de 23,2g de goma por árbol, lo que resulta en una disponibilidad de 132 a 240g de goma por ha (Goycoolea et al., 2000). El tiempo de producción es de ~5 semanas, en las que es posible colectar hasta tres veces. Estas cifras han permitido estimar una producción total de goma de 800ton/año.

En el caso de goma de P. laevigata también se han llevado a cabo estudios de este tipo en un bosque de San Luis Potosí que abarca 600km2. La densidad de árboles fue de 200 árboles/ha, en la que los árboles productores de goma, estimados en un 70%, eran de 6 a 15 años de edad y una altura de 2 a 6m (Vernon-Carter et al., 2000). La cantidad de goma por árbol fue de 30g en un período de 15-20 días y el período de producción es de ~6 meses, notablemente mas prolongado que el de P. velutina en Sonora. De estos estudios se concluye que la producción potencial de goma de P. laevigata en un área de 600km2 es de 2061ton/año. Esta producción podría satisfacer la demanda de goma arábiga en México, dejando un excedente considerable para exportación.

Se han investigado otras alternativas para impulsar el cultivo y la propagación de árboles de mezquite de alta producción de goma, a fin de incrementar y tener un mejor control sobre la producción. En este sentido, Orozco-Villafuerte et al. (2003) han establecido que bajo ciertas condiciones in vitro, el árbol de mezquite puede producir un exudado con características fisicoquímicas similares a las de la goma de árboles silvestres. Recientemente se evaluó (Orozco-Villafuerte et al., 2005) la producción de goma de mezquite en cultivos de explantes nodales de P. laevigata después del tratamiento con biomasa microbiana proveniente de Aspergillus nidulans y Pseudomonas pseudoalcaligenes a concentraciones de 10, 20 y 30mg, incubados a diferentes temperaturas (25, 35 y 40°C). Los resultados indicaron que la aplicación combinada de condiciones ambientales como temperatura y elicitores bióticos (compuestos que estimulan la síntesis de fitoalexinas y metabolitos secundarios en plantas), pueden incrementar la producción de goma de mezquite in vitro con características similares a las reportadas para gomas de otras especies de Prosopis. Con lo anterior, queda el antecedente de alternativas de otra índole para producir goma de plantas.

Además de la seguridad en la disponibilidad y producción de goma de mezquite, es necesario contar con criterios de clasificación y especificaciones de calidad que permitan establecer un sistema de precios similar al que existe para la goma arábiga. En este sentido, se han propuesto criterios de clasificación manual de la goma de P. velutina de Sonora (Córdova, 2004).

Estructura del exudado

Las arabinogalactanas proteicas (AGP) son proteoglicanas extracelulares encontradas en la mayoría de los tejidos de las plantas superiores, incluyendo hojas, tallos, raíces, flores, semillas y en los troncos de algunos angioespermas y gimnospermas. Estas macromoléculas están relacionadas directamente con los procesos de desarrollo y crecimiento. Debido a su complejidad molecular la función de las AGP no es bien conocida, lo que genera la necesidad de elucidar la estructura de sus unidades de hidratos de carbono y proteína (Komalavilas et al., 1991; Youl et al., 1998; Oxley y Bacic, 1999; Svetek et al., 1999; Majewska-Sawka y Nothnagel, 2000; Schultz et al., 2000).

La goma de mezquite es considerada como una AGP perteneciente a las proteoglicanas del Tipo II (polisacárido unido covalentemente a proteína). El componente polisacárido se ha descrito como una cadena central de unidades de D-galactosa, enlazadas por uniones (13) y (16) a la cual se le unen cadenas laterales en el O(6) de algunos de los residuos de D-galactosa (Figura 1). Estas ramificaciones consisten en mono u oligosacáridos de D-galactosa, L-arabinosa, ácido D-glucorónico y ácido 4-O-metil-glucorónico (White, 1946, 1947a, b, 1948; Cuneen y Smith, 1948a, b; Abdel-Akher, 1952; Aspinall y Whitehead, 1970a, b; Anderson y Farquhar, 1982). Esta estructura muy ramificada genera una conformación molecular compacta, con alta solubilidad en agua. Además de los componentes polisacáridos, la goma de mezquite tiene una fracción proteica que oscila entre 2 y 4,8% (Fincher et al., 1983; Goycoolea et al., 1998; Orozco-Villafuerte et al., 2003; López-Franco et al., 2004).

En busca de conocer mejor las características estructurales de la goma de mezquite se han usado técnicas instrumentales de avanzada, tales como la cromatografía de intercambio aniónico con detección de pulsos amperométricos (HPAEC-PAD) y la espectrometría de masas con desorción/ionización con láser asistida por matriz acoplado a un analizador de tiempo de vuelo libre (MALDI-TOF). Resultados preliminares han permitido inferir que la estructura macromolecular del exudado de mezquite (P. velutina) está constituida por arabinosa, galactosa, glucosa, manosa y ácido glucurónico. La presencia de manosa posiblemente indica una estructura muy compleja para el polisacárido, ya que la manosa es uno de los componentes del ancla lipídica de glicosilfosfatidilinositol (GPI) de arabinogalactanas proteicas de Pyrus communis y Nicotiana alata (Youl et al., 1998; Oxley y Bacic, 1999). Sin embargo, hacen falta más estudios para confirmar esta idea. Estos resultados son la primera evidencia de que el ancla de GPI puede ser parte estructural de la goma de mezquite.

La goma arábiga, estudiada en mucho mayor detalle dada su importancia industrial, tiene una estructura química comparable a la de la goma de mezquite. A pesar de las similitudes estructurales, estas gomas pueden distinguirse entre sí utilizando anticuerpos policlonales contra las gomas completas (Miskiel y Pazur, 1991; Goycoolea et al., 1997).

Para la estructura macromolecular terciaria de la goma arábiga se han propuesto dos modelos. El primero es el ensamblado tipo "retoño en flor" (Figura 2), en el que varios dominios de polisacárido de ~2,0×105kDa están enlazados por medio de un polipéptido (Connolly et al., 1987, 1988; Randall et al., 1989). En el modelo de "cuerda enrollada filamentosa" (Figura 3), a una cadena lineal de polipéptido (>400 residuos) rico en hidroxiprolina/prolina se le unen, por cada 10 a 12 residuos de aminoácidos, pequeñas cadenas de azúcares (30 residuos), lo que en conjunto asemeja a una cuerda filamentosa (Qi et al., 1991).

Hasta hace poco tiempo no existía evidencia experimental que sustentara cualquiera de estos dos modelos estructurales en la goma de mezquite y solo se hacía referencia a una estructura de "retoño en flor". Esto por la similitud que comparte en estructura primaria y propiedades emulsificantes con la goma arábiga. Sin embargo, López-Franco et al. (2004) por medio de dispersión de luz estática y dinámica determinaron parámetros estructurales de la goma nativa y sus fracciones obtenidas por medio de cromatografía de interacción hidrofóbica. Así, se obtuvo información de peso molecular, factor de forma, radio de giro y radio hidrodinámico. Los resultados mostraron que la estructura macromolecular de la goma de mezquite se asemeja a un macro-ovillo elongado polidisperso, acorde al modelo de cuerda enrollada filamentosa, propuesto para las AGPs de la goma arábiga.

Adecuación de la goma de mezquite para la alimentación humana

Taninos

La goma de mezquite contiene taninos como en contenidos de 0,5-2% (Goycoolea et al., 1998, 2000; Córdova, 2004), lo que se ha considerado como una limitante para su aplicación en la industria alimenticia debido a su posible toxicidad (Anderson y Weiping, 1989). Sin embargo, en México su uso en alimentos fue aprobado por la Secretaría de Salud (Secretaria de Salud, 1996). La autorización fue otorgada después de tres pruebas toxicológicas y una prueba mutagénica, llevada a cabo en ratas Wistar alimentadas con una dieta a base de goma de mezquite con un contenido de taninos de 1,92% y comparada con otras dos dietas, una con goma arábiga comercial y otra con celulosa. Los resultados mostraron que las ratas no fueron afectadas por la inclusión de goma de mezquite en la dieta. Estudios post-mortem no indicaron diferencia estadística entre las tres dietas en cuanto al crecimiento, desarrollo y supervivencia de las ratas. El ensayo de mutagénesis indicó que el exudado de mezquite no indujo ningún tipo de mutagenicidad, es decir que no presentó actividad carcinogénica (Vernon-Carter et al., 1996a). Estos estudios realizados en goma de P. laevigata son de relevancia a fin de poder sustentar una solicitud de registro como sustancia GRAS para la goma de mezquite. De hecho, en la aprobación de la Secretaría de Salud se recomienda buscar autorización por parte de agencias internacionales.

Por otra parte, la ultrafiltración-diafiltración ha mostrado ser eficiente para reducir hasta en un 60% los niveles de taninos presentes en la goma de mezquite de P. velutina, aumentando sus posibilidades de uso (Goycoolea et al., 1998; Córdova, 2004).

Propiedades emulsificantes

La aplicación industrial de polímeros naturales se fundamenta en la capacidad para modificar las propiedades reológicas de los sistemas 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 (p.e. gelatina, goma arábiga, goma de mezquite) son buenos estabilizadores, ya que tienen suficientes grupos hidrofóbicos para actuar como 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.

El estudio de las propiedades emulsificantes del exudado de mezquite se ha intensificado en los últimos años, debido a su habilidad para formar películas viscoelásticas en la interfase agua-aceite (Vernon-Carter et al., 1980b) y porque se ha supuesto que el mecanismo de emulsificación está estrechamente relacionado con el contenido de proteína de la goma (Vernon-Carter et al., 1998), como es el caso de la goma arábiga (Dickinson et al., 1988). Vernon-Carter et al. (1996b), demostraron que la goma de mezquite con 0,49% de nitrógeno forma emulsiones más estables que las gomas arábiga y otras especies de acacias con contenidos de nitrógeno de 0,35% y 0,36%, respectivamente.

La capacidad de emulsificación es una propiedad esencial para la microencapsulación, usada para la fijación de aromas y sabores. Los agentes microencapsulantes más usados han sido la goma arábiga y los almidones modificados o hidrolizados. La goma de mezquite (P. laevigata) tiene habilidad para encapsular aceite de naranja (80,5%; Beristain y Vernon-Carter, 1994), en porcentajes un poco menores a los encontrados en la goma arábiga (93,5%). Así también, la capacidad encapsulante de la goma arábiga es ligeramente más alta que la de las gomas de mezquite nativa y de la baja en taninos (Goycoolea et al., 1998). Aunado a lo anterior, se han estudiado mezclas de ambas gomas (60:40; Beristain y Vernon-Carter, 1995) y mezclas de goma de mezquite:maltodextrinas en diferentes proporciones (0:1, 1:4, 2:3, 3:2, 4:1, 1:0; Beristain et al., 1999). Los resultados sugieren que las mezclas de goma arábiga y goma de mezquite son capaces de encapsular la misma cantidad de aceite de naranja que la goma arábiga pura. Además, la relación 3:2 maltodextrina:goma de mezquite presentó mejor capacidad encapsulante (84,6% del total del aceite de naranja) que los polisacáridos en forma independiente.

La goma de mezquite, presenta además propiedades como estabilizador, debido a la posibilidad de formar soluciones concentradas (50% p/p), sin aumentar la viscosidad de la solución (Goycoolea et al., 1995).

Propiedades de superficie

El estudio de sustancias amfifílicas en interfases aire-agua y aceite-agua es importante para conocer las interacciones intermoleculares entre los componentes de la interfase y los componentes de la subfase acuosa (Rodríguez y Rodríguez, 1999). Éstas están involucradas en el proceso de adsorción y la consecuente reducción de la tensión de superficie.

Beristain et al. (1996) determinaron las cinéticas de adsorción aceite-agua de las gomas de mezquite y arábiga. La velocidad de adsorción fue mayor en goma de mezquite que en la arábiga a un intervalo de temperatura de 23 a 45°C, y concluyen que las diferencias encontradas son el resultado de la capacidad de ionización más alta de la molécula de mezquite, dada por su alto contenido de residuos de ácido glucurónico metilados. Además, el proceso de adsorción de aceite está controlado por la naturaleza hidrofóbica de la proteína de las gomas y los grupos metilo de los residuos de ácido glucurónico, de los cuales hay mayor proporción en la goma de mezquite.

Posteriormente se estudiaron los cambios en tensión de superficie con respecto al tiempo de los sistemas aceite de naranja-goma de mezquite y aceite de naranja-goma arábiga, por el método del plato de Wilhemly, variando concentraciones de NaCl y contenido de proteína. La superficie por molécula de la goma arábiga fue de 23,7nm2 y para goma de mezquite fue 2,2nm2, en la misma concentración de sal. En agua, la goma de mezquite adopta una conformación más expandida ocupando un área mayor (9,5nm2). Con lo anterior, se concluye que la microheterogeneidad estructural de cada goma, aunado a la capacidad para experimentar cambios conformacionales en la interfase, determinan el comportamiento funcional de estos polisacáridos (Goycoolea et al., 2000).

Recientemente se estudió el comportamiento en la interfase aire-agua de la goma de mezquite (P. velutina) y goma arábiga (Acacia spp.) nativas y sus fracciones, respectivamente, por medio de monocapas de Langmuir (López-Franco et al., 2004). La caracterización de las propiedades de superficie de la goma de mezquite mostró diferencias con respecto a las de la goma arábiga. De los resultados se infiere que las diferencias estructurales entre las especies macromoleculares constituyentes de ambos materiales son la base de diferentes propiedades mecánicas y de adsorción en monocapas formadas en la interfase aire-agua. Esto permite anticipar que pueden existir aplicaciones muy específicas en las que la goma de mezquite tenga ventajas funcionales con respecto a la goma arábiga.

Conclusiones

La goma de mezquite es un polisacárido muy ramificado que comparte similitudes en estructura primaria y propiedades emulsificantes con la goma arábiga. Las investigaciones realizadas sobre las propiedades funcionales de la goma de mezquite sugieren una potencial aplicación industrial, así como la importancia del cultivo de esta especie.

Agradecimientos

Los autores agradecen a CONACYT por una beca para estudios doctorales concedida a YLLF así como por el apoyo otorgado al proyecto "Materiales Biomoleculares" (No. ER074); al Programa ALFA de la Unión Europea por el apoyo al proyecto "Biopolymers in Life and Material Sciences" (No. II-0259-FA-FCD) y al Dr. Francisco Vargas Albores por sus valiosos comentarios a este trabajo.

Referencias

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