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• Jhoselyn Floryan

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V. APLICACIÓN TECNOLÓGICA DE LAS CARRAGENINAS

5.1. Aplicación en geles lácteos. Las interacciones más estudiadas entre proteínas lácteas y polisacáridos se enfocan en carragenina. Este polisacárido aniónico sulfatado de alto peso molecular, es extraído del alga roja (rodofíceas) y su interacción con proteínas es de origen electrostático. Su función biológica en las algas, es pertenecer o ser parte integral de la estructura rígida de sus paredes. (Olsen, 1989; Danisco, 2010; Langendorff, et al, 1999; Weinbreck, et al, 2004; citados por Caro, 2011). La carragenina que es ampliamente usada en la industria alimenticia, interactúa sinérgicamente con proteínas lácteas, principalmente con la superficie de las micelas de caseína (к-caseína). Estabiliza productos como emulsiones de grasa de leche, el suero en helados, leches chocolatadas, budines, flanes, jamón cocido, carne de pollo, pasta de dientes, papel fotográfico, productos farmacéuticos y geles aromatizantes en concentraciones muy bajas del polisacárido, debido a su capacidad para incrementar la viscosidad, mejorar la gelación y disminuir la sinéresis. A pesar de que puede estabilizar β-caseína y para-caseína, no es capaz de estabilizar caseinato de sodio, y tiene la desventaja de destruir parcialmente la estructura del gel formado al utilizar una alta concentración de esta. En la Figura 8 se puede ver que la estabilidad que brinda a las proteínas se debe a que tiene grupos sulfatados ionizados que están orientados hacia el exterior de la molécula, e interaccionan con los grupos cargados de la proteína, ya sea de manera directa o a través de iones divalentes como el calcio (Badui, 1999; Olsen, 1989; citados por Caro, 2011).

Figura 8. Reactividad de la carragenina con las proteínas. Fuente: Caro, 2011

5.1.1. Reacción de la Kappa Carragenina. Esta contiene cerca de 23% de ester sulfato, o sea, un grupo sulfatado por unidad repetitiva del polisacárido. Es soluble únicamente en leche o agua al calentarse a temperaturas por encima de 50°C, donde la к-carragenina existe en solución como una espiral al azar, presentando una viscosidad baja. Cuando la temperatura es disminuida, el polímero pasa de una transición de espiral a hélice. La formación de la hélice y la agregación con hélices vecinas, facilitan la gelación (Goff, et al, 2005; citados por Caro, 2011). La rigidez de dicho gel formado dependerá no solamente de la concentración de iones potasio, sino que también, de la rapidez con la que las transiciones ocurran. El gel formado, además de ser quebradizo, está sujeto a una sinéresis significativa y no es estable a congelación y descongelación (Caro, 2011) Se ha demostrado que este tipo de carragenina tiene la capacidad de estabilizar caseínas α y β contra su precipitación por iones calcio, tal como lo hace la caseína κ de manera natural. También es utilizada ampliamente para inhibir la separación de fase, y a un pH mayor al punto isoeléctrico de la caseína, la red formada entre carragenina y kappa caseína se forma únicamente con un décimo de la concentración normalmente usada en agua. Por otra parte, los cationes de potasio afectan positivamente la temperatura de gelación e incrementan la temperatura de fusión, mientras que aniones como los yoduros afectan la gelación por interaccionar con la hélice, inhibiendo la agregación entre hélices y subsecuentemente la formación del gel. Por desgracia una fuente de potasio, como lo es el cloruro de potasio presenta un sabor amargo, lo cual limita su uso práctico para obtener una fuerza de gel óptima. Sin embargo, en alimentos salados como cárnicos, es posible incorporar una mayor concentración de esta sal (Caro, 2011). 5.1.2. Iota Carragenina Esta configuración que presenta dos grupos sulfatados por unidad repetitiva es únicamente soluble en agua o leche al someterse a pasteurización. Si posteriormente se enfría, pasa de su estado de espiral desordenada a una transición de hélice ordenada, similar a como lo hace la variante κ. Esta temperatura de transición depende del ambiente iónico, donde la formación de las hélices está asociada a la gelación. La fuerza, elasticidad y coherencia del gel formado, a diferencia de la configuración κ, depende principalmente de la concentración de iones calcio, sin indicios de presentar sinéresis. Un gel iota sirve como un excelente enlazador de agua a bajas concentraciones, y es el único estable a congelación y descongelación. Es decir, mantiene su forma al congelarse y no presenta sinéresis al descongelarse (Caro, 2011). 5.1.3. Lambda Carragenina Esta configuración tiene usos limitados por el hecho de presentar tres grupos sulfatados por unidad repetitiva. Es utilizada como espesante por su capacidad para incrementar la viscosidad de ciertos líquidos, sin propiedades para gelificar. Es soluble tanto en agua fría como caliente, sin presentar reactividad significativa hacia las proteínas, a pesar de que algunos autores aseguran su interacción con micelas de caseína (Goff, et al., 2005, citados por Caro, 2011).

5.2. Influencia de la temperatura en la interacción de la iota Carragenina y la micela Caseína en leche. En contraste con casi todos los estudios anteriores de interacciones carragenina/micelas, el efecto de micelas de caseína era observado comparando el comportamiento de carragenano iota en la leche descremada con la de 0,1 mm leche filtrada (permeado). También se utilizó para disminuir la concentración de caseína sin cambiar la composición de la fase continua.Este método asegura en primer lugar que la caseína está en la forma de micelas intactos en su entorno nativo y en segundo lugar que cualquiera de las interacciones de la carragenina con los otros componentes de leche: las sales y proteínas de suero se tengan plenamente en cuenta (Langendorff, et al., 1999). La carragenina iota era una muestra experimental extraída de Eucheuma denticulatum por SKW Biosystems. Estaba en forma de sodio casi puro y se utilizó sin purificación adicional. El contenido de iones y agua (en %peso) fueron los siguientes: Na: 7.51, K: 0,57, Ca: 0,25, Mg: 0,33, Cl: 0,1, agua:11,31. Las características moleculares se midieron usando cromatografía de permeación en gel con índice de refracción y multiángulo detectores de dispersión de la luz. Las mediciones se hicieron a 60°C en 0,1M de nitrato de litio. El promedio en peso se encontró que el peso molecular es 560 000 y el promedio de radio de giro-z fue de 80 nm. Las soluciones de carragenina fueron preparada dispersando primero el polvo de carragenina en agua desionizada o al filtrado con agitación durante 10 min a temperatura ambiente y después de calentar a 70°c por 20 min (Langendorff, et al., 1999). La leche desnatada fue reconstituida a partir de leche en polvo a fuego lento '' NILAC '' suministrado por NIZO. La leche concentrada 1,5 veces (sobre la base de 3,3% de proteínas correspondiente a 2,6% caseínas para la leche nativa) se preparó mezclando 1000 g de agua desionizada con 157,9 g de polvo de Nilac y a continuación, se agitó durante 30 min a 40°C. El permeado de la leche fue obtenido por filtración a 50°C utilizando un AMICON hueco de membrana de fibra (punto de corte 0,1 mm). El permeado representa el 30% del volumen inicial de la leche que se reconstituyó utilizando 100 g de polvo para 1000 g de agua desionizada. La mezcla de polisacárido/leche se preparó añadiendo dos volúmenes de leche concentrada 1,5 veces a un volumen de 3 veces solución de polisacárido concentrado en agua. Antes de mezclar, fue sometida a 70°c durante 20 minutos. Seguido de 3 min de agitación a 70°c. El pH de la mezcla se ajustó utilizando ácido clorhídrico o hidróxido de sodio para que fue igual a la de la leche (6.7). Las concentraciones en las mezclas se expresan en peso%. 0,4 g / l se añadió azida de sodio a todas las muestras, para prevenir el crecimiento microbiano (Langendorff, et al., 1999).

Figura 9. Representación muy esquemática de iota carragenina/mezclas de micela de caseína. A 60°C: (a) a baja concentración de carragenina y (b) a alta concentración de carragenina. A 25°C: (c) a baja concentración de carragenina y (d) a una concentración elevada de carragenina. Fuente: Langendorff, et al., 1999. Los resultados demuestran el papel fundamental que desempeña la carragenina iota en la transición espiral-hélice en su interacción con caseína micelas. Para resumir: iota carragenina no se absorbe en los micelas de caseína, si está en forma de hélice (Figura 9). Si la concentración de micelas de caseína es suficientemente alta, esta atracción puede inducir la formación de una red mixta diferente a geles formados en permeado, estos geles mixtos funden a mayor temperatura (al menos 70°C) que la del gel. A baja concentración de carragenina, la red se rige por las micelas de caseína puenteados por las cadenas de carragenano parcialmente helicoidales (Langendorff, et al., 1999). A alta concentración de carragenano, también hay formación de una segunda red de carragenina/carragenina que tiene propiedades similares a un carragenano iota/ impregnadas en el gel. Por encima de la temperatura de transición de espiral a hélice (60°C), la iota carragenina se comporta de manera similar a la goma guar e induce agotamiento. Una pregunta obvia es por qué la transición espiral a hélice debe cambiar tan profundamente la interacción entre el ápice carragenina y las micelas de caseína. Dos diferencias entre las formas helicoidales y hélice vienen a la mente:

1. La densidad de la carga de las dos formas es diferente. La distancia entre cargas de 0,5nm para la forma espiral y 0,2 nm para la doble hélice. Utilizar el efecto de la fuerza iónica sobre la interacción carragenina / k-caseína, estimando el diámetro del grupo positivo en k-caseína es aproximadamente 1 nm. En términos generales, hay un espacio al lado del grupo positivo para dos grupos sulfato cuando la carragenina iota está en forma de espiral, pero cuatro grupos cuando está en forma helicoidal. La interacción electrostática será dos veces más fuerte con la forma helicoidal. 2. La entropía de la adsorción de la forma helicoidal es mucho inferior a la de la forma de espiral, ya que es mucho más rígido. Una espiral de polímero, sobre una superficie, ha restringido su movimiento, por lo que hay una pérdida de la entropía, que debe ser compensada por un aumento de entalpía. Como una doble hélice es mucho más rígida que la espiral, esta pérdida es mucho menor, por lo que la adsorción de una hélice tiene un menor ''costo'' termodinámico de adsorción de una espiral (Langendorff, et al., 1999).