PROPIEDADES FUNCIONALES DE LAS PROTEÍNAS-FORMACIÓN DE EMULSIONES

INFORME LABORATORIO DE CIENCIA DE ALIMENTOS

PROPIEDADES FUNCIONALES DE LAS PROTEÍNAS-FORMACIÓN DE EMULSIONES

Carol Jania Arévalo González

Ingrid Carolina Castillo Figueroa

Diana Carolina Parra González

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

Especialización en Ciencia y Tecnología de Alimentos

Ciencia de Alimentos

Bogotá D.C., Junio 21 de 2013

OBJETIVOS

General:

Estudiar las propiedades funcionales de las proteínas por medio del fenómeno de emulsificación.

Específicos:

Estudiar los factores que influyen en la formación de una emulsión por medio de la elaboración de una mayonesa.

Evaluar y comparar la capacidad emulsificante de diferentes proteínas.

FUNDAMENTO TEÓRICO

EMULSIONES

Una emulsión es una dispersión termodinámicamente inestable de dos o más líquidos inmiscibles o parcialmente miscibles. Los diámetros de las gotas líquidas que se encuentran dispersas se encuentran en el rango de 0.1 y 20 μm. Aunque se traten de dispersiones termodinámicamente inestables, las emulsiones pueden convertirse en cinéticamente estables gracias a la presencia de agentes tensoactivos que presentan la capacidad de absorción en las superficies de las gotas. En la mayoría de las emulsiones una de las fases es acuosa y la otra un aceite polar. Las emulsiones con el aceite como fase dispersa se conocen como emulsiones de aceite en agua (oil-in-water, o/w) y las emulsiones con agua como fase dispersa se conocen como emulsiones de agua en aceite (water-in-oil, w/o).

El tipo de emulsión que se tiende a formar depende del balance entre las propiedades hidrófilas e hidrófobas del agente emulsificante. Generalmente se suele cumplir la regla de Bancroft1: la fase continua es aquella la cual solubiliza al agente emulsificante. La naturaleza anfótera de los agente tensioactivos puede ser expresado en términos de una escala empírica que comúnmente se denomina el balance HLB (balance hidrófilo-lipófilo).

Principales componentes de las emulsiones:

Medio dispersante (fase continua). Aquella fase en la cual el emulsionante es más soluble.

Glóbulos dispersos (fase discontinua)

Emulsionante

Emulsionante.

Partículas sólidas finamente divididas insolubles en la fase dispersa y el medio dispersante, pero con una cierta afinidad por éstas.

Sustancias anfifílicas con una cierta afinidad con la fase dispersa y el medio disperasante y que son solubles en, por lo menos, una de las fases (tensoactivos).

PROPIEDADES FUNCIONALES DE LAS PROTEÍNAS

Gelificación

Algunas dispersiones proteicas después de someterlas a un tratamiento térmico y posteriormente a un enfriamiento, forman un gel que se caracteriza por ser una estructura ordenada.

El proceso de gelificación se desarrolla en dos fases, en la primera durante el calentamiento, la proteína se desnaturaliza lo cual implica que pierde parte de su estructura secundaria y terciaria, con lo que la molécula se desdobla. En la segunda, durante el enfriamiento las proteínas se asocian gradualmente para formar la red tridimensional que retiene agua y otros constituyentes del alimento como lípidos, carbohidratos, etc.

En algunos casos la formación de los geles se ve favorecida por la adición de pequeñas cantidades de ácido o de sales especialmente de calcio.

El poder o capacidad gelificante de las proteínas es una de las propiedades funcionales que determina su empleo en la preparación de variados alimentos, como lo es el caso de productos a base de leche, clara de huevo o gelatina.

El uso de las proteínas que gelifican no es debido únicamente a la posibilidad de formación de geles sólidos, sino porque estas proteínas también mejoran la absorción de agua, la adhesión de partícula y contribuyen a estabilizar las emulsiones y espumas.

El grado de gelificación de una proteína está influido por:

La concentración de la proteína en la dispersión acuosa.

El método de preparación de la dispersión.

Las condiciones de calentamiento: velocidad, temperatura y duración.

La forma en que se realiza el enfriamiento.

La presencia de otros componentes en la dispersión, como otras proteínas, carbohidratos, etc.

La rigidez del gel formado depende de la concentración de la proteína, teniéndose para cada proteína un rango óptimo por debajo del cual no se obtienen geles sino dispersiones viscosas.

Cuando la cantidad de proteína es muy alta, debido a la poca disponibilidad de agua, se forma un coágulo en lugar de un gel.

Algunas proteínas no presentan poder gelificante, pero pueden cogelificar con aquellas que si lo hacen, por ejemplo con la gelatina o la caseína.

Propiedades de superficie

Propiedades emulsificantes

Alimentos como la leche, la mantequilla, la mayonesa, el queso fundido entre otros son ejemplos de emulsiones.

En general las emulsiones son dispersiones de dos líquidos no miscibles uno de los cuales se presenta en forma de pequeñas gotitas dispersas en el otro líquido.

Las emulsiones se clasifican en dos grandes grupos: las del tipo agua en aceite y las de aceite en agua. Esto no significa que siempre las emulsiones deban contener agua, ya que bajo este término se designan todos los líquidos polares hidrofílicos, lo que pueden corresponder a una solución acuosa y como aceite se designan a los líquidos hidrófobos.

Las emulsiones en general son inestables y se separan en dos fases como resultado de:

El fenómeno de descremado que separan las gotitas dispersas en la fase continua y dependiendo de su densidad flotan o sedimentan. La velocidad que produce el descremado de las emulsiones depende de la diferencia de densidades entre los dos líquidos, el tamaño de las gotitas dispersas y la viscosidad del líquido en que se dispersan las gotitas.

La floculación, en la cual las gotitas dispersas se acumulan de una forma irregular produciendo gotas más grandes que favorecen el proceso de descremado. La floculación puede resultar de la modificación de pH o de la fuerza iónica de la emulsión, lo cual conlleva a una disminución de las cargas eléctricas y por lo tanto de las repulsiones electrostáticas de las gotas.

La coalescencia, en el cual las gotitas se unen para producir gotas de un mayor tamaño, que llevan finalmente a la separación de los dos líquidos en dos capas distintas. La coalescencia que generalmente ocurre después de la floculación, es un proceso espontáneo.

Para incrementar la estabilidad de las emulsiones se emplean agentes emulsificantes como las proteínas debido a su carácter anfiprótico pueden formar películas sobre las gotas de aceite. Las proteínas que presentan propiedades emulsionantes se utilizan para estabilizar emulsiones de aceite en agua.

Las propiedades emulsificantes de una proteína se pueden evaluar a través de:

La capacidad emulsificante

La estabilidad de la emulsión.

La capacidad emulsificante indica los mililitros de aceite que pueden ser emulsionados por gramo de proteína sin que se produzca la inversión de la emulsión.

Para determinar la capacidad emulsificante se prepara una dispersión acuosa o dispersión salina de la proteína, a la cual se le adiciona a velocidad constante, el aceite o grasa fundida, mientras la dispersión se va agitando. La inversión de la emulsión produce un cambio en el color, lo cual se puede observar más fácilmente si se agrega un pigmento liposoluble. La inversión de la emulsión se puede verificar también midiendo la viscosidad, ya que cuando se llega a la inversión se produce una caída brusca de la viscosidad.

La estabilidad de la emulsión en la cual se valora la capacidad de la proteína a incrementar el tiempo entre la formación de la emulsión y su rotura.

Las características de las emulsiones dependen no solo de la naturaleza del emulsificante que puede ser diferente de las proteínas sino de otra serie de factores, como es el tipo empleado en su preparación, la velocidad de adición del aceite, etc, lo cual dificulta la interpretación de los resultados obtenidos.

MAYONESA

La mayonesa es una emulsión estable de aceite en agua que contiene entre el 65 y 80% de aceite. La clave para la elaboración de una mayonesa estable es la formación de gotitas de aceite en una fase acuosa continua que tenga una viscosidad lo suficientemente grande para impedir la coalescencia de las gotas de aceite. La primera fase de su elaboración es la preparación de una mezcla de yema y sal, esta aumenta la viscosidad por ruptura de los gránulos en partículas más pequeñas con una gran capacidad de retención de agua. Durante la lenta adición de aceite a la mezcla de sal y yema previamente formada, se forman gotitas de aceite que se recubren con varias capas protectoras constituidas por diversas partículas de la yema. La adherencia de estas capas a las gotas de aceite es excepcionalmente fuerte. El agua de lavado de las gotas de aceite de la mayonesa comercial contiene alrededor del 45% del nitrógeno y el 43% del fósforo total, poniendo de manifiesto que las proteínas y los fosfolípidos de la yema son los constituyentes principales de las capas protectoras.

Probablemente los principales constituyentes de las capas protectoras son las lipoproteínas de baja densidad y las micropartículas (lipovitelinas) procedentes de los gránulos rotos por la sal.

PROTEÍNAS USADAS COMO AGENTES EMULSIFICANTES EN LA ELABORACIÓN DE MAYONESA

Los huevos están formados por aproximadamente un 11% de cáscara, 58% de clara o albúmina y 31% de yema.

Yema de huevo.

Las principales proteínas que se encuentran en la yema son:

Tabla 1. Principales proteínas presentes en los huevos.

YEMA PORCENTAJE TOTAL DE PROTEÍNAS EN LA YEMA

Livetinas (α, β, γ) 30,0

Fosvitinas 8,5

Lipovitelinas (α, β) 33,0

Lipoproteínas de baja densidad 27,0

La yema contiene una serie de macromoléculas, esencialmente glicoproteínas, fosfoglicoproteínas y lipoproteínas que varían ampliamente en sus propiedades y en esencial en la solubilidad. La mayoría de las proteínas se encuentran como lipoproteínas que por centrifugación se pueden dividir en fracciones de baja densidad, fracciones hidrosolubles y fracciones granulares pesadas o de alta densidad. La yema contiene un 16,8% de proteínas.

Las fracciones hidrosolubles o livetinas son tres: la α livetina que es una albúmina, la β-livetina es una glicoproteína y la γ- livetina que es una globulina. Esta fracción constituye entre el 4 y 10% de los sólidos totales de la yema.

Las lipoproteínas de baja densidad se separan en dos fracciones, que difieren en el peso molecular. Se caracterizan por el alto contenido de lípidos (86%) la mayoría de los cuales son triglicéridos y en una menor proporción fosfolípidos.

La fracción granular o de alta densidad está constituida por las fosvitinas y las lipovitelinas.

Las fosvitinas son fosfoproteínas que se caracterizan por el alto contenido de fósforo y serina y la carencia de prolina.

Las lipovitelinas se separan en dos fracciones α y β, las cuales contienen hasta un 20% de lípidos, la mayoría de ellos son fosfolípidos y el resto lípidos neutros.

Una característica importante de la yema de los huevos es la capacidad emulsificante de las lecitinas que son lipoproteínas, las cuales contribuyen a la estabilización de productos como la mayonesa.

Poder emulsionante de la yema

Por su capacidad emulsionante la yema es un importante ingrediente para la elaboración de mayonesas. Dicha capacidad se debe a su contenido en fosfolípidos, lipoproteínas y proteínas. Aunque los fosfolípidos de la yema son agentes tensoactivos no estabilizan las emulsiones.

Diversos componentes de la yema como las lipoproteínas de baja densidad, las figuras de mielina y las lipoproteínas de alta densidad son importantes estabilizantes de las emulsiones por su capacidad para formar capas protectoras en la superficie de las gotitas de aceite.

Clara de huevo

En los huevos de gallina, la cascara representa aproximadamente el 11%, la yema el 31% y la clara el 58%, la clara del huevo es una solución acuosa que contiene un 10% de proteína. Se distinguen en ella cuatro zonas: capa externa (fluida), capa viscosa (gruesa= copa interna fluida (delgada) y finalmente una capa densa que circunda la membrana vitelina de la yema.

El pH de la clara del huevo fresco es de 7,6 a 7,9 este valor puede alcanzar hasta 9,7 durante el almacenamiento. Puede decirse que la clara del huevo está constituida por fibras de ovomucina incluidas en una solución acuosa de otras proteínas, las proteínas más importantes de la clara de huevo son:

Ovoalbúmina: es la proteína más abundante de la clara de huevo, y representa más de la mitad del contenido proteico; se desnaturaliza fácilmente por agitación o batido y forma espuma; muestra una relativa estabilidad al calor (desnaturalización térmica a72 y 84ºC), siendo estas características de gran interés en la elaboración de alimentos. Es una fosfoglucoproteina con un 3,2% de carbohidratos integrados. Posee buenas propiedades gelificante que también puede ayudar a la elaboración de las espumas.

Durante el almacenamiento de los huevos la ovoalbúmina se convierte en una forma más termoestable llamada S-ovoalbúmina. La ovoalbúmina tiene buenas propiedades gelificante que pueden ayudar a la estabilización térmica de las espumas sin embargo dichas propiedades se reducen cuando aumenta la proporción de s-ovoalbúmina. (Cheftel y Col 1989).

Conalbumina: también llamada ovotrasnferrina, es una proteína no fosforilada formada por una cadena polipetidica. tienen gran poder quelante de metales divalentes y trivalentes como Cu, Zn, Fe, Al entre otros. es sensible a la desnaturalización térmica ( 57 a 65ºC).

Ovomucoide: representa el 11% del total de las proteínas, es una glucoproteina rica en glucosamina (14%) y aminoácidos azufrados (12%). Contiene puentes disulfuros lo que lo hace resistente a la coagulación por calor.

En presencia de lisozima y en medio alcalino coagula a temperaturas superiores a 60ºC (Matsuda y col 1982).

Lizosima: la clara de huevo contiene aproximadamente un 7% de globulinas incluyendo la lisozima, se inactiva por acción de calor, en función del pH y de la temperatura, tienen actividad bactericida.

Ovoglubulinas G2 y G3: son buenas formadoras de espumas.

Ovomucina: es una glucoproteina que forma fácilmente estructuras fibrilares contribuyendo a la viscosidad de la clara, es estable a la desnaturalización por calor y sensible a la desnaturalización superficial . Es en gran medida responsable de las propiedades funcionales de la clara del huevo como es la capacidad espumante y estabilizante en frio . Coyyerill y Winter sostuvieron que la disminución del espesor de la clara gruesa durante el almacenamiento de los huevos se debe a la reducción de la cantidad del complejo ovomucina- lisozima naturalmente presentes, cuando el pH aumenta a 9,5 .

El contenido total de grasas es de 4 a 4.5 g por unidad de las cuales 1.5g son grasa saturada y el resto insaturada (predominando las monosaturadas, que son benéficas para el organismo). El principal fosfolípido es la lecitina (fosfatidilcolina) con algo de fosfatidiletanolamina y pequeñas cantidades de fosfatidilserina. Los ácidos grasos que se encuentran en los triglicéridos de la yema de huevo, son oleico, palmítico, esteárico y linoleico, en ese orden.

La yema de huevo contiene Lecitina que es un lípido polar. Los lípidos polares tienen una solubilidad peculiar, en donde una parte de la molécula, constituida por ácidos grasos tiene una naturaleza química apolar y es insoluble en agua y soluble en líquidos apolares como el aceite. La otra parte de la molécula es polar y muy soluble en agua. Por lo tanto, la lecitina es una sustancia denominada anfipática y puede colocarse en la superficie de contacto entre líquidos acuosos y líquidos apolares estabilizándola.

Fuente: Tomado de http://www.scientificpsychic.com/

Cuando se mezcla el aceite con la yema de huevo, el aceite se divide en pequeñas gotas que rápidamente son rodeadas por pequeñas partículas de agua, unidas por la lecitina del huevo, agente emulsificante que permite mantener dispersa la fase acuosa en la fase oleosa evitando su separación posterior.

Gelatina

La gelatina es una proteína de peso molecular relativamente alto derivada del colágeno animal, por ejemplo, cerdo, vaca o pescado. Se prepara por hidrólisis del colágeno por ebullición en presencia, ya sea de ácido (gelatina de tipo A) o álcali (gelatina de tipo B). El punto isoeléctrico de la gelatina de tipo A (~7-9) tiende ser mayor que la de gelatina de tipo B (~5). El punto isoeléctrico relativamente alto (pI≥7.0) de la gelatina tipo A significa que debería ser indicada para crear emulsiones aceite-en-agua que tienen una carga positiva sobre un rango más amplio de valores de pH lo cual es posible con los emulsionantes proteínicos convencionales, tales como proteínas de soja, caseína o suero.

Además, al ser la gelatina un compuesto proteínico soluble obtenido por hidrólisis parcial de colágeno, el principal componente fibroso de huesos, cartílagos y pieles; se debe tener en cuenta que la fuente, la edad del animal, y el tipo de colágeno, son todos factores intrínsecos de las propiedades de las gelatinas.

Propiedades de superficie

Al ser una proteína insoluble, el colágeno puede presumir de tener poco significado como emulsionante. Sin embargo, ya en 1973, Satterlee, Zacarías, y Levin (1973) señalaron que, cuando se procesa adecuadamente, el uso de colágeno ofrece ventajas respecto a las proteínas de leche. Por esta razón, el colágeno aislado o purificado parcialmente necesita estar en una forma soluble (soluble en ácido o colágeno pepsinsoluble) con el fin de mostrar sus propiedades de superficie activa, que pueden diferir considerablemente de una materia prima a otra.

Las propiedades de superficie del colágeno y de gelatina se basan en la presencia de grupos cargados en las cadenas de la proteína, y en ciertas partes de la secuencia del colágeno que contiene ya sea aminoácidos hidrofílicos o hidrófobos. Ambas partes hidrofóbicas e hidrofílicas tienden a migrar hacia las superficies, por lo tanto, reducen de tensión superficial de los sistemas acuosos y forman la película requerida idénticamente cargada alrededor de los componentes de la fase dispersa, que pueden ser adicionalmente reforzados por la formación de gel.

Las gelatinas tipo A, con un punto isoeléctrico relativamente alto (pI≥7,0), son adecuadas para crear emulsiones aceite-en-agua con una carga positiva sobre un rango más amplio de valores de pH que es posible con los emulsionantes proteínicos convencionales, tales como soja, caseína o proteínas del suero.

No obstante, es importante determinar si la gelatina se puede utilizar para la preparación de emulsiones que son también físicamente estables. Algunos estudios anteriores han demostrado que la gelatina es de superficie activa y que es capaz de actuar como un emulsionante en emulsiones de aceite-en-agua. Sin embargo, cuando se utiliza en su propia gelatina a menudo produce gotitas de tamaños relativamente grandes durante la homogeneización, de modo que tienen que ser modificadas hidrofóbicamente por la unión de grupos no polares secundarios o usar en unión con tensioactivos aniónicos para mejorar su eficacia como un emulsionante.

Aparte de la distribución de carga, un criterio importante en la selección de un tipo de gelatina adecuada es la firmeza del gel, debido a que, a la misma temperatura y la concentración, mayor será la firmeza del gel, y la envoltura en gel que está alrededor de las gotitas de aceite también será más firme. Además de la concentración de proteínas, el peso molecular puede ser un factor clave que influye en la capacidad de la gelatina para formar y estabilizar emulsiones aceite-en-agua.

METODOLOGÍA (cambiarla todo estructura forma contenido y agregar fotos q tomaste)

RESULTADOS

EVALUACIÓN SUBJETIVA

Tabla 1: Registro fotográfico de las emulsiones con diferentes proteínas

EMULSIÓN (Mayonesa)

CON YEMA DE HUEVO 1 CON YEMA DE HUEVO 2

CON CLARA DE HUEVO CON GELATINA

Tabla 2: Escala de las características sensoriales de los productos emulsificados

Rango descriptivo

Característica 1 2 3 4 5

Viscosidad Muy espesa/Viscosa Moderadamente espesa / Viscosa Poco espesa / Viscosa Moderadamente Clara / aguada Muy clara / aguada

Sabor Muy desagradable Moderadamente desagradable Poco desagradable Moderadamente agradable Muy agradable

Tabla 3: Resultado de las características sensoriales de los productos emulsificados

Gelatina Clara de huevo Yema de huevo

Viscosidad 5 2 1

Sabor 3 4 5

Gráfica 1: Gráfica del perfil de viscosidad de las diferentes mayonesas

Gráfica 2: Gráfica del perfil de sabor de las diferentes mayonesas

EVALUACIÓN OBJETIVA

TAMAÑO DE LOS GLOBULOS

Se realiza la toma de muestra de cada una de las mayonesas y se observa en microscopio óptico Olympus BX51 a 20x con coloración anato, para determinación de la estructura del glóbulo de grasa en cada muestra.

FOTO 1: Muestra mayonesa con yema FOTO 2: Muestra mayonesa con clara

FOTO 3: Muestra Mayonesa con gelatina

SEPARACIÓN DE FASES

MUESTRA SEPARACIÓN DE FASES

YEMA 1 AUSENTE

YEMA 2 AUSENTE

CLARA AUSENTE

GELATINA PRESENTE

ESTABILIDAD DE LA EMULSIÓN

Estabilidad de la emulsión (ES)= (Vlnfinal emulsión)/(Vln inicial emulsión) ×100

ES= 135ml/143ml ×100 ES=94,4055%

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

La mayonesa es una emulsión formada al dispersar aceite en yema de huevo (medio acuoso), que contiene un emulsionante llamado lecitina. No obstante las características de la mayonesa pueden variar dependiendo del origen de la proteína utilizada como agente emulsificante, ya que esto depende del tipo y características de tales proteínas, por lo tanto a continuación se analizarán los resultados de las mayonesas obtenidas con la yema de huevo, la clara de huevo y gelatina sin sabor.

MAYONESA ELABORADA CON YEMA DE HUEVO-CONTROL

Las emulsiones elaboradas con yema de huevo presentan un aspecto suave, cremoso, con un color uniforme (amarillo). COLOCAR SENSORIAL Y VISCOSIDAD PORTAOBJETOS. La presentación de la emulsión es de una sola fase. La mayonesa en la que se empleó como proteína emulsificante yema de huevo, presento estabilidad de la emulsión, una viscosidad y reologia (Pseudoplastico) similar a la presentada por las mayonesas comerciales.

Entre las grasas de la yema, se encuentra la lecitina, ésta es una molécula dipolar con dos extremos, uno polar y otro apolar, siendo compatible con los dos medios a la vez. Es lo que se conoce como un emulsionante. Al colocarse en la zona de interfase rodeando las gotas de aceite dispersas en el agua, el lado afín al lípido se sitúa dentro de la gota y el lado afín al agua hacia el exterior de la gota. Al aproximarse las gotas, el emulsionante de la superficie hace de barrera e imposibilita que se vayan uniendo en una gota más grande y única, esto explica que la mayonesa elaborada con yema de huevo no presente separación de fases.

Las cantidades de yema de huevo como portadora del agente emulsificante y el aceite en esta mezcla elaborada con la yema de huevo son proporcionales, siendo claves para el desarrollo y estabilidad de la emulsión, ya que al colocar demasiado aceite o poca yema de huevo en la mezcla es más difícil que el aceite se disperse en pequeñas gotas en un medio acuoso escaso, ya que el aceite se divide en pequeñas gotas que rápidamente que no logran ser rodeadas por pequeñas partículas de agua, unidas por la lecitina del huevo, agente emulsificante que permite mantener dispersa la fase acuosa en la fase oleosa y evita su separación posterior.

El aspecto, la textura y conservación de esta emulsión es el resultado de la correcta floculación, ya que se empieza batiendo el huevo para separar el agua del emulsionante en este caso la lecitina. A continuación, se dispersa el aceite dentro del medio acuoso en pequeñas gotas que se ven rodeadas del emulsionante quedando en suspensión en el momento en el que se desaparecen las gotas de aceite después del batido de forma lenta.

Las características físicas de las emulsiones elaboradas con la yema de huevo del grupo uno y del grupo dos son similares, lo que indica que se conservaron de manera proporcional las cantidades de agente emulsificante y del aceite y durante el proceso de elaboración se mantuvo una condición lenta y constante en el batido asegurando la formación de la emulsión.

La adición de ingrediente como la sal, permite dispersar la yema de huevo durante el batido, neutraliza las cargas proteicas estabilizando las capas formadas alrededor de las gotas de aceite y permite que estas interactúen entre ellas fuertemente, esta aumenta la viscosidad por ruptura de los gránulos en partículas más pequeñas con una gran capacidad de retención de agua. La cantidad de sal debe ser moderada, ya que un exceso de esta puede generar que las proteínas de la emulsión se agreguen a la fase acuosa y no permita el revestimiento de las gotas de aceite.

La viscosidad de la emulsión depende del espacio que se logre entre las moléculas de aceite durante la preparación, las gotas de aceite no se funden en el agua de una sola fase, estas una vez tienen contacto con las moléculas tensioactivas de la yema de huevo, dónde se cargan eléctricamente y todas contienen la misma carga que hace que se repelan entre sí. Las partículas de aceite rodeadas de emulsionante y dispersas en un medio acuoso tienen más estabilidad cuando el medio es ácido ya que los extremos polares de la lecitina que rodean cada gota de aceite se aleja el máximo de los extremos apolares de otra gota dificultando su unión y estabilizando la emulsión. Por lo tanto, el vinagre, que es un ácido da una mayor estabilidad a la emulsión, ya que con su presencia algunas moléculas tensioactivas tienen una carga eléctrica mayor y se repelen intensamente, adicionalmente genera un aporte de agua en la preparación.

MAYONESA ELABORADA CON CLARA DE HUEVO

La textura y aspecto de la mayonesa elaborada con la clara de huevo tiene un aspecto más viscoso que las elaboradas con la yema de huevo; ya que la capacidad coagulante de la clara se produce por la desnaturalización de las proteínas (la ovoalbúmina) de la clara por efecto de la agitación mecánica generada durante el batido de la preparación. Por otro lado la capacidad aglutinante de la clara permite la unión de los diferentes componentes de la emulsión para formar geles en los que engloban otras sustancias añadidas en la mezcla como la sal, la mostaza, el azúcar y el vinagre.

La fase dispersa de este producto constituye un mayor volumen aumentando la viscosidad aparente de la emulsión debido al aumento en el número de pequeñas gotas en dispersión. Esto se pudo deber a la diferencia en las proporciones de aceite adicionada a la fase continua o fase acuosa, sumado a las propiedades de la clara de huevo que pudo facilitar que la muestra final fuera muy viscosa, debido a la adsorción de las moléculas como proteínas y la retención de la fase continua por las moléculas de emulsificante.

Inicialmente, la emulsión obtenida con la clara de huevo presentaba una menor viscosidad y la formación de espuma, ya que es una propiedad de la clara, esta espuma es una emulsión agua-aire. La formación de espuma tras el batido es debido a las proteínas denominadas globulinas y lisozima. La estabilidad de la espuma formada se debe a la ovomucina, una glicoproteína de alto peso molecular que contribuye a la viscosidad de la emulsión. Sin embargo la viscosidad final fue mayor, debido a que la desnaturalización superficial de una proteína depende de la flexibilidad de la molécula y de su estructura, ésta es rápida para las proteínas flexibles como la caseína y más lenta para proteínas rígidas como la β-lactoglobulina, que puede llegar a desnaturalizarse en días, por lo tanto los cambios en este tipo de emulsiones puede darse en varios días. Este tipo de desnaturalización implica la exposición de grupos hidrófobos no sólo hacia el medio oleoso sino también hacia la fase acuosa. Igualmente se exponen aminoácidos con grupos sulfhidrilo. Conjuntamente, esto puede favorecer interacciones atractivas entre proteínas adsorbidas en gotas cercanas, mediante interacciones hidrófobas y puentes disulfuro.

Aunque se generó un cambio en la viscosidad de la emulsión, esta no presentó separación de fases, es decir tuvo una estabilidad en el tiempo ya que esta presenta una formación de multicapas de proteínas alrededor de la interfase por la existencia de una elevada concentración de las mismas generando mayor cercanías entre ellas, mejorando las propiedades mecánicas de la interfase y por tanto favorecer la estabilidad física de la emulsión.

MAYONESA ELABORADA CON GELATINA SIN SABOR

A diferencia de las mayonesas elaboradas con yema y clara de huevo, esta presentó una separación de fases, debido a que no se generó la formación de la emulsión. Lo anterior se puedo haber generado por el tipo de gelatina empleado en el proceso, ya que una gelatina tipo B con un punto isoeléctrico entre pH 4.7 y 5.2 y obtenida por hidrólisis alcalina no permite la formación de emulsiones aceite en agua que tienen una carga positiva sobre valores de pH mayores a 5. Adicionalmente la gelatina tiene partes hidrofóbicas e hidrofílicas y tienden a migrar hacia las superficies, por lo tanto, reducen de tensión superficial de los sistemas acuosos y forman la película alrededor de la fase dispersa.

La acción emulgente de las proteínas de la clara de huevo se produce gracias a carbohidratos que están unidos a restos de asparagina en la secuencia polipeptidica. Además de esto proteínas como la ovoalbúmina (glicofosfoproteina) no solo tiene carbohidratos sino también fosforo esterificado a las serinas. De esta forma cadenas alquílicas unidas a aminoácidos alifáticos o aminoácidos aromáticos se situaran hacia la fase oleosa y las fracciones de carbohidratos y fosfato se ubicaran hacia la fase acuosa, estabilizando así la emulsión.

En esta emulsión, se generan interacciones débiles ya que la fuerza de las interacciones entre las gotitas de aceite depende de las atracciones de van der Waals, que se equilibran en cierta medida por la repulsión electrostática y estérica. La calidad de la emulsión y su estabilidad dependen del equilibrio correcto entre estas fuerzas: una atracción muy fuerte arrastra las gotitas juntas causando que la fase acuosa sea sacada y promueve la coalescencia de las gotitas. Una repulsión demasiado fuerte permite a las gotitas deslizarse fácilmente una sobre otra. Esto produce una emulsión de baja viscosidad y con tendencia a la sinéresis a medida que las gotas de aceite se establecen en su volumen mínimo para permitir que el agua drene hacia fuera. La estabilidad de la emulsión cambia con el tiempo dando paso a la separación de las fases dispersa y continúa.

Este tipo de gelatinas empleadas en la emulsión interactúa mejor con un compuesto aniónico para evitar la precipitación y separación de fases por incompatibilidad dependiendo del pH.

CONCLUSIONES

La estabilidad de una emulsión (mayonesa) depende de la proporción entre el agente emulsificante y el aceite empleado en la elaboración de la misma.

La lecitina presente en la yema de huevo es agente emulsificante que permite mantener dispersa la fase acuosa en la fase oleosa y evita su separación posterior.

La mayonesa que presenta una apariencia similar a la comercial es la elaborada con yema de huevo, ya que no presentó separación de fases, textura suave y viscosidad moderada.

La mayonesa elaborada con clara de huevo presentó una consistencia estable, sin embargo el producto final es muy viscoso debido a las propiedades funcionales de las distintas proteínas de la clara del huevo como ovoalbúmina, ovoglobulinas, ovomucina entre otras.

La mayonesa elaborada con gelatina presentó baja viscosidad y sinéresis, debido a que el tipo de gelatina empleada tiene partes hidrofóbicas e hidrofílicas y tienden a migrar hacia las superficies, por lo tanto, reducen de tensión superficial de los sistemas acuosos y forman la película alrededor de la fase dispersa.

Glóbulo

CUESTIONARIO

¿Cuál es el mecanismo por el cual las proteínas ejercen un efecto emulsificante en una emulsión aceite/agua?

Una definición simple de una "emulsión" indica que es un sistema heterogéneo, metaestable, que consta de dos líquidos inmiscibles, a menudo referido como "agua" y "aceite". Una de las fases se dispersa en la otra como gotitas de tamaño coloidal (es decir, por debajo de 100 mm). La estabilidad a largo plazo se logra a través de la cobertura de la interfaz aceite-agua con moléculas anfifílicas. Aquellas se supone que aseguran la barrera cinética, lo que evita la descomposición de la emulsión en agua y aceite. Las emulsiones estabilizadas con proteínas encuentran una variedad de aplicaciones en alimentos, cosméticos, y la industria farmacéutica y provocan considerable interés científico. Las características peculiares de estos sistemas se deben principalmente a las propiedades específicas interfaciales de las moléculas estabilizantes, es decir, las proteínas.

En solución, las moléculas de proteína mantienen una estructura apretada. Su adsorción en la interfaz líquido-líquido está acompañada por un despliegue gradual, lo que significa que la biomolécula pierde su estructura secundaria y superior en el estado adsorbido. Esto sucede debido a la presencia de una fase de fluido hidrófobo (aceite o aire) que le da a la molécula la posibilidad de minimizar la energía libre configuracional. Las especies adsorbidas a menudo se refieren como desnaturalizadas o desplegadas. Este estado conformacional hace a las moléculas adsorbidas muy diferentes de sus análogos no adsorbidos. El proceso de despliegue descubre los diferentes segmentos de las especies adsorbidas y facilita extremadamente la interacción lateral entre dos o más moléculas adsorbidas. Diversas interacciones son posibles, por ejemplo iónicas, uniones hidrófobas, covalentes (puentes disulfuro) o puentes de hidrógeno. Como resultado, las especies adsorbidas formar una red rígida y las capas de proteína, las cuales protegen a las gotitas contra la coalescencia son de grosor nanométrico, viscoelásticas, y casi siempre inmóviles tangencialmente.

¿A qué se le denomina inversión de una emulsión y cómo se puede restablecer una emulsión rota?

La emulsión puede ser estable en forma de Aceite en agua (Oil in water) o de Agua en aceite (water in oil), sin embargo normalmente no suele estar en el intermedio, aunque se puede formar una emulsión múltiple.

La inversión implica que la fase continua pasa a la discontinua y viceversa. Además depende de: proporción en volumen de la fase dispersa, agregado de ácidos o bases o el balance HLB (balance hidrófilo-lipófilo) del emulsionante.

La inversión de la emulsión produce un cambio en el color, lo cual se puede observar más fácilmente si se agrega un pigmento liposoluble. La inversión de la emulsión se puede verificar también midiendo la viscosidad, ya que cuando se llega a la inversión se produce una caída brusca de la viscosidad.

La fase de inversión es compleja y probablemente supone batido, floculación y coalescencia. Es así como el volumen de las fracciones de las dos fases es un factor muy importante que incide en el cambio de un estado al otro.

¿Cuál es el mecanismo por el cual los monoglicéridos mantienen la estabilidad de la emulsión?

La formación y estabilización de espumas y emulsiones requiere la presencia de un surfactante que pueda reducir eficazmente la tensión superficial entre las fases aire/aceite y agua. Esto puede alcanzarse usando bien surfactantes de pequeño tamaño molecular como la lecitina, monoacilglicerol, etc., o macromoléculas como las proteínas. En la disminución de la tensión interfacial, las proteínas, en concentraciones equivalentes en la interface, son menos eficaces que los surfactantes de menor peso molecular. Esta incapacidad de las proteínas de reducir sustancialmente la tensión interfacial se debe a sus complejas propiedades estructurales. Aunque en su estructura primaria las proteínas contienen grupos hidrófilos e hidrófobos, no tienen definida claramente la porción hidrofílica y la hidrofóbica como la tienen la lecitina y el monoacilglicerol.

El tipo de agente emulgente más importante de estas emulsiones es mayoritariamente monoglicéridos producidos a partir de triglicéridos obtenidos desde grasas animales y vegetales. Estos emulgentes son lipofílicos, y también pueden actuar como agentes espumantes.

En fase acuosa pueden formar diversas estructuras de asociación, que pueden ser de naturaleza micelar e incluso líquido-cristalina (Muñoz y Alfaro, 2000). Se han llegado a establecer interesantes relaciones entre los diagramas de fase de tensoactivos y la estabilidad de las correspondientes emulsiones (Friberg, 2001). En la interface, forman capas monomoleculares, aunque en ciertas condiciones pueden formar multicapas de naturaleza líquido-cristalina, que aumenta la viscoelasticidad de la interface, favoreciendo el procesado y estabilidad de las emulsiones.

¿Cómo varía el tamaño del glóbulo graso durante el almacenamiento de la mayonesa y por qué?

La emulsión de mayonesa eventualmente se rompe a medida que las gotitas de aceite coalescen, aunque la cinética y los mecanismos precisos por los que las gotitas se unen no son plenamente entendidos. Tung y Jones (1981) mostraron que a medida que las muestras de mayonesa envejecen, la distribución del tamaño de las gotitas de aceite cambia para producir menos gotitas cuyo tamaño es más grande lo cual finalmente conduce a la separación de las fases de la mayonesa. El cambio en el tamaño de la gota se puede medir ya sea microscópicamente (a través de la luz o micrografías electrónicas de barrido) o por una disminución en la absorbancia a 500 nm. Cuando la mayonesa se almacena a temperaturas elevadas, aumenta el movimiento browniano de las gotitas, disminuye la viscosidad de la fase continua, y hay solubilización de los tensoactivos, los cuales en conjunto contribuyen a la ruptura de la emulsión. También es probable que se dé algo de hidrólisis de la yema de huevo lo cual ocurre bajo las condiciones ácidas de la mayonesa.

BIBLIOGRAFÍA

ARANBERRI, B.P. BINKS, J.H. CLINT, P.D.I. FLETCHER. Elaboración y caracterización de emulsiones estabilizadas por polímeros y agentes tensioactivos. Revista Iberoamericana de Polímeros. 7, (3); 2006. p. 212.

Dalgleish DG. 1996. Emulsion and Emulsion Stability, Sjöblom, J. (edss) Marcel Dekker, Nueva York

Depree JA, Savage GP. Physical and flavour stability of mayonnaise. Trends in Food Science & Technology. 2001 5//;12(5–6):157-63.

Dimitrova TD, Leal-Calderon F, Gurkov TD, Campbell B. Surface forces in model oil-in-water emulsions stabilized by proteins. Advances in Colloid and Interface Science. 2004 5/20/;108–109(0):73-86.

Dickinson E. 2009. Hydrocolloids as emulsifiers and emulsion stabilizers. Food hydrocolloids 23, 1473–1482.

Dickinson E. 2003. Hydrocolloids at interfaces and the influence on the properties of dispersed systems. Food Hydrocolloids 17, 25–39.

FENNEMMA, Owen R. Química de los alimentos. España: Editorial Acribia S.A. 1993. p. 952, 953.

Forero Poveda Sandra Del Pilar, Rincón Torres Myriam Josefina. Proceso de producción de mayonesa con bajo contenido de aceite. Tesis. Universidad Nacional De Colombia. Bogotá 1995.

Gil Hernandez A. tratado de nutrición, tomo II Composición y Calidad nutritiva de los alimentos. 2 ed. Editorial Panamericana; 2010. Pag 78-80

Gómez-Guillén MC, Giménez B, López-Caballero ME, Montero MP. Functional and bioactive properties of collagen and gelatin from alternative sources: A review. Food Hydrocolloids. 2011 12//;25(8):1813-27.

Hernandez Perez Roberto. Caracterización físico química y funcional de la clara de huevo de codorniz. Tesis. Universidad tecnológica de la Mixteca. Enero 2004.

HILL SE, Ledward DA, Mitchell JR, Mitchell JR. Functional Properties of Food Macromolecules. Gaithrsburg, Maryland. 2nd Edition, Springer, 1998, p. 316.

Muñoz Jose, Alfaro Maria del Carmen, Zapata Isabel. Avances en la formulación de emulsiones. Universidad de Sevilla Marzo 2007.

SILVA Bermúdez, Ana. Química de Alimentos. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia, UNAD. Facultad de Ciencias Básicas e Ingeniería. 1999. p. 107, 118.

Surh J, Decker EA, McClements DJ. Properties and stability of oil-in-water emulsions stabilized by fish gelatin. Food Hydrocolloids. 2006 7//;20(5):596-606.

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