Proteínas alimentarias de origen animal y vegetal: diferencias en las propiedades nutricionales y funcionales

Proteínas alimentarias de origen animal y vegetal: diferencias en las propiedades nutricionales y funcionales

Antecedentes: Los animales y las plantas son las principales fuentes de proteínas dietéticas y existen diferencias importantes en el tipo de proteína que proporcionan. Las diferencias incluyen la estructura molecular, el perfil de aminoácidos, la digestibilidad y la funcionalidad técnica de los alimentos, es decir, la capacidad de gelificar, emulsionar, unir agua, etc. Estas diferencias inherentes influyen en su biodisponibilidad desde una perspectiva de nutrición humana, así como en la calidad sensorial de los alimentos que contienen proteínas animales o vegetales. Estas diferencias fundamentales significan que diseñar alimentos de origen vegetal para imitar a los alimentos animales requiere mucho más que la simple sustitución de un ingrediente por otro. Alcance y enfoque: Examinamos algunos de los datos de funcionalidad tecnológica y nutricional de las proteínas alimentarias de origen animal y vegetal y analizamos la naturaleza y las implicaciones de las diferencias entre ellas. Hallazgos y conclusiones clave: Los alimentos de origen vegetal suelen proporcionar una nutrición proteica menos completa debido a una menor digestibilidad y deficiencias específicas de la fuente en aminoácidos esenciales, en comparación con las proteínas animales. Estas diferencias pueden no ser tan esenciales para los adultos como lo son para los bebés y los niños pequeños, debido a sus necesidades de desarrollo. Las proteínas vegetales pueden someterse a diversos procesos para acercar su funcionalidad a la de las proteínas animales (por ejemplo, hidrólisis para mejorar la solubilidad), pero algunos procesos que mejoran la funcionalidad también disminuyen la bioaccesibilidad o bioactividad de los aminoácidos, lo que genera consecuencias nutricionales negativas. Se requiere mucha más investigación e innovación para mejorar el potencial de las proteínas vegetales. A corto y mediano plazo, las sinergias nutricionales y funcionales entre las proteínas vegetales y animales pueden ofrecer un camino para crear alimentos nutritivos y atractivos.

introducción

Las proteínas en la dieta humana varían en características químicas, biológicas, funcionales y nutricionales según su origen, composición molecular y estructuras. La ingesta de proteínas en nuestra dieta proviene de alimentos completos (crudos, cocidos o procesados) o productos alimenticios formulados que contienen ingredientes proteicos fraccionados derivados de fuentes animales o vegetales. Se reconoce ampliamente que la proteína animal tiene una mayor calidad nutricional que la proteína vegetal. Esto alude a su composición de aminoácidos, digestibilidad y capacidad para transportar otros nutrientes importantes como el calcio y el hierro. Además, su funcionalidad tecnológica, como la gelificación, la emulsificación y la formación de espuma, que le da a los alimentos su atractiva textura y atributos sensoriales, se considera superior a la proteína vegetal (Kim, Wang y Selomulya, 2020). Las proteínas de origen animal, en particular las lácteas, son importantes para proporcionar una nutrición adecuada a los seres humanos, en particular a los bebés, para su desarrollo cognitivo. y el desarrollo físico. Numerosos informes y recomendaciones apoyan el uso de fuentes de proteína animal en productos de ayuda alimentaria (Allen y Dror, 2011). Las proteínas de origen vegetal han atraído un creciente interés. Los consumidores buscan cada vez más opciones de alimentos de origen vegetal, ya sea por razones de sostenibilidad, salud o éticas, y las empresas alimentarias están respondiendo con muchas alternativas nuevas de origen vegetal. Los primeros productos de proteína vegetal tenían características de textura y sabor diferentes en comparación con los productos de proteína animal. En general, las proteínas vegetales ofrecen valores nutricionales más bajos debido a una composición de aminoácidos desequilibrada (p. ej., falta de algunos aminoácidos esenciales (AAE), como la lisina) y una digestibilidad lenta o reducida debido a sus estructuras moleculares, por ejemplo. Sin embargo, siguen siendo una buena fuente de proteínas para los seres humanos y pueden contribuir a una dieta equilibrada. Las diferencias estructurales inherentes entre las proteínas animales y vegetales dificultan la sustitución directa en muchos productos, incluido un gran impacto en las propiedades sensoriales. Sin embargo, al descubrir más sobre las características de todos los tipos de proteínas, modificar sus atributos a través del procesamiento y maximizar su función, tenemos la capacidad de diseñar soluciones de proteínas vegetales cada vez más innovadoras que sean aceptables para el consumidor. El objetivo de este artículo es proporcionar información científica actualizada sobre las proteínas alimentarias de las principales fuentes animales y vegetales, centrándose en las diferencias en sus propiedades nutricionales y funcionales. Este conocimiento facilitará la exploración de fuentes emergentes de proteínas alimentarias y la mejora general de la funcionalidad nutricional y tecnológica de las proteínas alimentarias para todas las etapas de la vida humana.

Principales fuentes de proteínas alimentarias

Muchas de las proteínas más comúnmente disponibles y utilizadas de fuentes animales y vegetales se presentan en las figuras 1a y 1b. También se incluyen fuentes emergentes de proteínas alimentarias como insectos, pseudocereales (quinua y semillas de chía) y semillas de cáñamo. Los datos que se muestran como porcentajes son concentraciones de proteínas en recursos biológicos naturales (es decir, por peso húmedo), excepto para varios ingredientes de proteína en polvo (es decir, por peso seco). Estos valores se tomaron de las principales series de libros de enciclopedias (Caballero, Finglas y Toldr´ a, 2015; Dikeman y Devine, 2014; Fuquay, 2011; Melton, Varelis y Shahidi, 2018; Wrigley, Corke, Seetharaman y

Faubion, 2015). Tenga en cuenta que el contenido de proteínas de un alimento es solo una parte de su valor nutricional en una dieta. Las proteínas de los alimentos pueden tener diferentes composiciones de aminoácidos y digestibilidad (consulte la Sección 4).

Proteínas de origen animal

Las principales proteínas animales presentes en los alimentos para humanos (Fig. 1a) provienen de los lácteos, la carne, los mariscos y los huevos. Recientemente, las proteínas de los insectos están atrayendo un interés más amplio. Lácteos. La leche contiene entre un 3 y un 7 % de proteínas, según la especie animal. Por ejemplo, el contenido total de proteínas en la leche de consumo bovino es típicamente del 3,2 %, mientras que la de cabra y camello es de aproximadamente el 3 % y hasta el 7 % en la leche de oveja. Existen grandes variaciones debido a la genética animal, los sistemas de cultivo y la estacionalidad. Si bien los productos lácteos bovinos proporcionan la mayor parte del consumo mundial de proteínas lácteas, la producción de leche no bovina y su producción láctea están aumentando de manera constante en todo el mundo (Roy, Ye, Moughan y Singh, 2020). Las principales proteínas lácteas se dividen en dos grupos: caseínas y proteínas de suero en una proporción de alrededor del 80 %:20 % de las proteínas lácteas totales de vaca. Las caseínas, una familia de fosfoproteínas, son exclusivas de la leche y se encuentran en forma de micelas. Una de las funciones de las micelas de caseína es proporcionar proteínas, calcio y fosfato en altas concentraciones que de otro modo serían insolubles en agua, para proporcionar los nutrientes adecuados al neonato. La asociación entre los componentes minerales y proteicos también es responsable de las propiedades funcionales que se han explotado ampliamente para producir alimentos lácteos como yogures y quesos. Estas propiedades nutricionales y tecnológicas únicas de las caseínas son difíciles de reemplazar con proteínas vegetales. Con el avance de las tecnologías de procesamiento, casi la mitad de la leche producida a nivel mundial se convierte ahora en ingredientes de proteína láctea.

La leche entera y la leche desnatada se secan para producir leche en polvo. La leche desnatada en polvo generalmente contiene un 35 % de proteína de leche y la leche entera en polvo contiene normalmente alrededor de un 24 % de proteína. Las caseínas y las proteínas de suero también se producen comercialmente como ingredientes ricos en proteínas a través de varios pasos de procesamiento, como separación, precipitación isoeléctrica, coagulación con cuajo y filtración por membrana. El contenido de proteína de algunos de estos ingredientes (por ejemplo, concentrados de proteína de leche y aislados de proteína de suero) es típicamente superior al 80 % y puede llegar a >90 %. Los ingredientes proteicos lácteos son omnipresentes en bebidas, productos de confitería, panadería, productos de carne y pescado, alimentos dietéticos, fórmulas infantiles, alimentos para ancianos y productos especiales destinados al adelgazamiento, apoyo clínico y médico y nutrición deportiva (Harper, 2011). Carne. El papel de la carne muscular como fuente de alimento está bien establecido. Su contenido de proteína es relativamente constante en todas las especies, con un promedio cercano al 22%. Los alimentos triturados y reformados compuestos de músculo, órganos o coproductos, como carne picada, hamburguesas, salchichas y nuggets son comunes, aunque su contenido de proteína es generalmente menor que el de los cortes de carne muscular (Fig. 1a). Esta es la categoría de productos a base de proteína animal que potencialmente pueden ser sustituidos por proteínas vegetales, donde la funcionalidad de las proteínas animales (por ejemplo, formación de emulsión de carne, capacidad de unión de agua y grasa) puede ser igualada por las proteínas vegetales. Además, cualquier sabor o sabor negativo de las proteínas vegetales se puede disimular más fácilmente en productos alimenticios triturados mediante la formulación y el uso de especias y agentes aromatizantes. Además de la calidad nutricional completa de su proteína (es decir, todos los AAE necesarios para el crecimiento y el mantenimiento), la carne proporciona otros nutrientes esenciales como minerales (hierro, zinc y selenio) y vitaminas (D, B 6 y B 12) (Wyness et al., 2011). El hierro en la carne se encuentra principalmente en la forma hemo, que se absorbe de manera muy eficiente. Se reconoce ampliamente que la ingesta moderada de carne magra desempeña un papel importante en una dieta saludable y equilibrada (Wyness et al., 2011). El colágeno es una proteína abundante que se encuentra solo en el reino animal. Cumple funciones estructurales y conectivas en la piel, los huesos, los cartílagos, los tendones y los vasos sanguíneos. Cuando el colágeno comercial se hidroliza parcialmente o se desnaturaliza por calor, forma gelatina, uno de los ingredientes de proteína de carne más versátiles. La gelatina se utiliza ampliamente como aditivo alimentario, como estabilizador, espesante, agente gelificante, formador de película, agente batidor, agente clarificador en varios productos alimenticios, incluidos los postres de confitería y gelatina, helados, productos lácteos, productos cárnicos y bebidas. Otras aplicaciones incluyen salsas, sopas, productos congelados, películas comestibles y recubrimientos, etc. El hidrolizado de gelatina o los péptidos de colágeno también se fabrican a escala industrial y se utilizan ampliamente como ingredientes alimenticios. Los mariscos son una fuente diversa y valiosa de proteínas. El músculo de pescado comestible contiene entre un 16 y un 21 % de proteínas. Los peces grasos y los crustáceos tienden a tener un contenido de proteínas ligeramente superior. El pescado es un recurso importante en muchas comunidades y, en general, proporciona alrededor del 16 % de las proteínas animales del mundo. También es una fuente de vitaminas y minerales. Los consumidores saben desde hace años que el pescado es un alimento rico en proteínas con menor energía y grasas totales, especialmente grasas saturadas, en comparación con otros alimentos animales ricos en proteínas. Un producto de marisco popular es el surimi, que se elabora a partir de un extracto proteico de carne de pescado y coproductos. Se pueden utilizar diferentes materiales en su producción, como especies infrautilizadas con bajo valor comercial. Las proteínas del huevo son reconocidas por su alta calidad nutricional, excelente digestibilidad y aporte completo de EAA. Huevos de aves Por lo general, los huevos contienen un 12 % de proteínas y un 75 % de agua. Aproximadamente la mitad de las proteínas del huevo se encuentran en la clara rica en albúmina, el 40 % en la yema y el resto de las proteínas se distribuyen en la cáscara y la membrana de la cáscara. Las proteínas representan más del 90 % de la materia seca de la clara del huevo. Además del consumo directo, el huevo entero pasteurizado, la clara separada y la yema pueden procesarse en forma líquida, congelada o en polvo. Los productos de huevo procesados ​​o los ingredientes de huevo en polvo se incorporan comúnmente en productos de panadería, confitería y condimentos. Las panaderías como grupo son los mayores usuarios de huevos enteros y yemas y claras separadas. Los fabricantes de mayonesa y aderezo para ensaladas dependen de grandes cantidades de yemas saladas, y los fabricantes de helados utilizan yemas azucaradas. Las yemas simples también se utilizan para fideos y alimentos para bebés. Los productos de clara de huevo se utilizan principalmente en premezclas para pasteles, dulces y polvos de merengue, etc. La función de la clara de huevo en estos productos es proporcionar la capacidad de formar espuma y la estabilidad de la espuma. La clara de huevo todavía se considera como la referencia para las propiedades de formación de espuma, en comparación con otros ingredientes de proteína animal y vegetal. Insectos. Se ha informado que el contenido de proteína de los insectos es del 19 al 24 % (Lamsal, Wang, Pinsirodom y Dossey, 2019). Sin embargo, esto es muy variable según la especie, la etapa de madurez, la fuente de alimento de los insectos y el método de procesamiento. La proteína se concentra en los músculos y las capas de la cutícula que cubren la epidermis. Muchos ingredientes de proteína a base de insectos para aplicaciones de alimentos o piensos utilizan el secado y la molienda de insectos enteros para convertirlos en polvo. Si bien el consumo de insectos es común en algunas culturas de Asia, Oceanía, África y América Latina, es desconocido para la mayoría de las poblaciones occidentales. Por lo tanto, el mayor potencial de los insectos será como ingrediente proteico procesado (Gravel & Doyen, 2020).

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