Estabilizadores, Modificadores De Textura Y Preservantes

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  • 1. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción 4. ESTABILIZADORES, MODIFICADORES DE TEXTURA Y PRESERVANTES. El desarrollo de productos alimenticios implica la producción de alimentos bien preservados y seguros, esto requiere de técnicas especiales y cuidados en el proceso con el empleo de diversos aditivos para lograr una óptima calidad. Los estabilizadores y modificadores de textura colaboran en la obtención de un buen producto. Los primeros emulsificantes empleados en la industria alimenticia fueron sustancias naturales como gomas, polisacáridos, lecitina, lipoproteínas, etc. Actualmente estos productos se siguen empleando, aunque los emulsionantes sintéticos elaborados por procedimientos químicos son los de mayor uso. Los términos surfactantes, agentes tenso-activos, emulsificantes o agentes emulsionantes son empleados en la literatura alimenticia. 4.1 EMULSIFICANTES (SURFACTANTES) Definición, clasificación y usos. AGENTES TENSOACTIVOS.- Los agentes tensoactivos (emulsificantes o surfactantes) son moléculas que tienen la propiedad de reducir la tensión superficial entre dos fases inmiscibles tienden a concentrarse entre las dos fases, favoreciendo su interacción, la que se refleja en la formación de una mezcla estable. Los surfactantes más comunes son los agentes emulsionantes. SISTEMAS DISPERSOS.- Las emulsiones representan uno de los 9 sistemas de 2 fases que resultan de la mezcla de dos sustancias; son mezclas íntimas de dos líquidos inmiscibles. Pueden ser definidos como "sistemas dispersos, groseros o finos, de dos o más fases en que el dispersante y el dispersado están en forma líquida o semisólida" Los componentes de una emulsión pueden recibir los siguientes nombres: -Sustancia dispersada = interna = dispersa = fase abierta -Sustancia dispersante = externa = continua = fase cerrada Cuando se emulsionan mezclas de aceite y agua, cualquiera de las dos sustancias puede ser el dispersante o el disperso; si el aceite es finamente dispersado en agua se forma una 22 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 2. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción emulsión aceite en agua (o/w), y puede ser diluida con agua, como por ejemplo leche y helado. Si el agua es la dispersada se obtiene una emulsión de agua en aceite (w/o) y pueden ser diluidas con aceite, como por ejemplo la margarina. Muchos sistemas alimenticios están constituidos por sistemas dispersos en donde sólidos, líquidos y gases interaccionan de manera estable gracias a que pueden formar interfases estabilizadas por sustancias con propiedades surfactantes. TIPO FASE INTERNA FASE EXTERNA Emulsión líquida líquida Espuma gaseosa líquida Aerosol líquida o sólida gaseosa Suspensión sólida líquida El tamaño de la partícula de la fase dispersa gobierna la apariencia, y permite subdividir las emulsiones en: - Macro emulsiones (100-0.5 micrómetros); - Micro emulsiones (0.5 -0.01 micrómetros), que son más viscosas y estables. Para elaborar emulsiones se recurre a un proceso mecánico y la adición de emulsificantes, explicable por la ecuación: Trabajo = Incremento del área externa x Tensión superficial Los agentes tensoactivos o surfactantes (entre los que se encuentran los emulsificantes) tienen la propiedad de reducir la tensión superficial entre dos fases inmiscibles; la tensión superficial del agua es 72 dinas/cm. a temperatura ambiente y la sola adición de 0.01% de estearoil-2-lactilato de sodio la reduce a 34 dinas/cm. que es la que presentan los aceites. Los surfactantes tienen actividades polifacéticas ya que pueden actuar como emulsionantes, humectantes, solubilizantes, lubricantes y controladores de cristalización. Desarrollan estas acciones en diferentes tipos de interfases como sólido-sólido, sólido-líquido, sólido-gas, líquido-líquido y líquido-gas. FUNCIONES DE UN EMULSIONANTE.- Un emulsificante ayuda en la formación de una emulsión al disminuir la tensión superficial de 23 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 3. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción un líquido más que la del otro, y evitar la coalescencia de las gotas del otro líquido. El líquido con menor tensión superficial, se esparce más fácilmente y forma la fase continua. Al mismo tiempo, las moléculas del emulsificante se deben acumular en la interfase aceite/agua, para evitar la coalescencia de la fase dispersa. Cierto número de compuestos diferentes pueden servir como agentes emulsificantes, pero todos tienen esta característica en común. Una parte de la molécula debe tener una combinación de átomos de manera que tenga afinidad y se disuelva en el aceite, o sea, que es no polar. La otra parte de la molécula debe ser de naturaleza polar, y tener la capacidad para unirse al agua. CLASIFICACIÓN DE LOS EMULSIFICANTES.- De acuerdo a su estructura química se los puede dividir en: a) Compuestos iónicos: subdivididos a su vez en aniónicos y catiónicos según la naturaleza del grupo iónico activo, son altamente reactivos y pueden interactuar con otros iones sufriendo reducción de su capacidad. Están compuestos por una fracción orgánica lipófila (gran afinidad con solventes orgánicos) y una fracción hidrófila (gran afinidad con el agua). Los aniónicos forman iones (-) en agua y son efectivos en la zona alcalina de pH; los catiónicos son efectivos en la zona ácida de pH y forman iones (+) en agua. b) Compuestos anfotéricos: que forman cargas (+) y (-) en agua y son efectivos a cualquier pH, pero inefectivos en la zona isoeléctrica. Como están balanceados intramolecularmente es necesario cambiar de pH para que asuman una carga, poseen como terminal hidrofílico los grupos, - - COO COO < + ampholyte <| betain NH3 N+ | c) Compuestos no iónicos: que poseen enlaces covalentes en su estructura y no tienen tendencia a interactuar con otros compuestos, por lo que pueden ser combinados con otros compuestos no iónicos o iónicos. Son inmunes a la acción de los electrolitos. VALOR HLB.- La forma de determinar el tipo de emulsionante requerido para un cierto alimento es mediante el factor conocido como HLB (balance hidrófilo-lipófilo) que es la medida de la atracción que tiene el emulsionante por la fase acuosa o la fase lipídica; la escala de HLB varía de 0 a 20. 24 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 4. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción El índice se define por: peso de la parte hidrófila 100 HLB = ------------------------------ x ---- peso de la parte hidrófoba 5 Este puede ser determinado a partir de las constantes dieléctricas y el comportamiento cromatografico de los emulgentes. Puede además ser calculado conociendo el índice de saponificación (IS) y el índice de acidez del ácido aislado. Aquellos que se encuentran en el HLB más débil de la escala son solubles en grasa en tanto que los de valores más altos tienen afinidad con el agua. Un surfactante con igual afinidad para agua y grasa es asignado un valor de 10. El valor HLB permite escoger el emulgente adecuado pero no prevee en lo absoluto la eficacia de la mezcla. VALORES HLB Y USOS TECNICOS Valores HLB Usos 3-6 Emulsiones W/O 7-9 Antihumectantes 8-18 Emulsiones O/W 15-18 Estabilización de turbidez Con excepción de la lecitina, que es un fosfolípido, todos los emulgentes son ésteres parciales de ácidos grasos, de polioles y/o con otros ácidos orgánicos, y obtenidos a partir de materias primas como grasas animales (sebo, tocino) o aceites vegetales. Cada emulgente o tensido puede dispersar solo una cantidad limitada de líquido en la fase interna; es decir, tiene una determinada capacidad. Si este límite se sobrepasa, se rompe la emulsión por dilución conjunta con la fase externa. La capacidad de los emulgentes y otros parámetros relacionados, que pueden ser medidos en condiciones estándar, es diferente para cada uno de ellos. USOS.- Los emulsificantes se usan en la elaboración de aderezos, chocolates, margarinas, postres congelados, sustitutos de crema para café, entre otros. Los aderezos son básicamente emulsiones de aceite en agua (o/w) que requieren emulsionantes hidrófilos y de hidrocoloides para mantener una viscosidad estable durante su manipulación y almacenamiento. La margarina es una emulsión de agua en aceite (w/o) (16-20% agua) y necesita un 25 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 5. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción surfactante lipófilo para su estabilidad por lo que se añaden mono y diacilglicéridos, así como lecitina. En la industria de la panificación se emplean para evitar el rápido endurecimiento de la costra del pan, facilita la manipulación de la masa y aumentan el volumen del pan. Ejemplos del uso de sustancias tensoactivas Uso en elaboración de Acción Margarina Estabilización de la emulsión w/o Mayonesa Estabilización de emulsión o/w Helados Estabilización de emulsión o/w, alcanzar consistencia "seca" Embutidos Evitar la salida de grasa Pan, bollería Mejora de los poros, aumento de volumen, detiene retrogradación del almidón Chocolate Mejora propiedades reologicas Extractos de sopas Solubilización Polvos instantáneos Solubilización PRINCIPALES SURFACTANTES USADOS EN ALIMENTOS.- LECITINAS.- Fosfolípidos considerados como el agente natural emulsificante y dispersante por excelencia, la lecitina continua desempeñando un importante rol en muchas formulaciones de alimentos. A nivel mundial se estima un consumo de 100.000 Ton anuales. La mayor parte de las lecitinas producidas comercialmente se obtienen de la soya aunque otras semillas como maíz, girasol, semilla de algodón entre otras representan nuevas fuentes comerciales para este producto. Diversos tipos de lecitinas y lecitinas modificadas están disponibles por las casas formuladoras de aditivos tanto en forma liquida, plástica y sólida. MONOGLICERIDOS.- Los monoglicéridos y mono-diglicéridos constituyen los emulsificantes de más uso con status GRAS. Son lipofilicos, no iónicos y elaborados por esterificacion o alcoholisis de grasas y aceites comestibles o acidos grasos con glicerol en presencia de un catalizador. 26 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 6. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción Sirven como emulsificantes y establizantes en varios alimentos como helados, productos de panificación , margarinas, coberturas, preparación multivitaminica y snacks. Existen varios tipos de monogliceridos elaborados a partir de diversas fuentes de grasas o aceites, por tanto sus características físico químicas son diferentes. Adicionalmente en el mercado se encuentran compuestos emulsionantes como esteres de propilenglicol, derivados de ácido láctico, esteres del sorbitol, entre otros que son ampliamente usados para funciones surfactantes. 4.2 AGENTES FORMADORES DE TEXTURA 4.2.1 AGENTES ESPESANTES DEFINICION.- Los espesantes alimentarios a veces llamados hidrocoloides, son macromoléculas que se disuelven o dispersan fácilmente en el agua para producir un aumento muy grande de la viscosidad y en ciertos casos un efecto gelificante. Según su origen pueden ser: a) Gomas de origen vegetal: gomas, almidones, pectina y derivados de la celulosa. b) Gomas de origen animal: caseinatos y gelatina. GELATINA.- Es una proteína animal que trabaja como agente gelificante, puede extraerse del colágeno derivado de los huesos y piel de bovino por extracciones alcalinas sucesivas (gelatina tipo B) - más usada-, o de la piel de cerdo con extracciones ácidas (tipo A) -para laboratorio-. o o Forma geles termo reversibles que a 20 C gelifican y a 30 C licuan; se ve afectado con el pH, peso molecular, etc. Puede sufrir reacciones hidrolíticas. USOS.- - Componente de postres, confites, helados. - Revestimiento en cápsulas, jamones (2-3%) - Fijador del sabor - Para estabilizar emulsiones - En carne enlatada -incrementa rendimientos- MANUFACTURA DE GELATINA Harinas <== Huesos secos y desgrasados (1% grasa) 27 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 7. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción Triturados || / Tratamiento con HCl en huesos Proceso de desmineralización 4-14 días Se extrae fosfato de calcio Ca(OH)2 ==> || / Elimina globulinas, albúminas, carotenos y otros pigmentos. || / Ajuste de pH a neutro (clorhídrico, acético, sulfúrico, fosfórico) || / Extracciones sucesivas (hasta 10) -eliminar toda partícula de grasa- || / Intercambio iónico -retención de electrolitos -resinas iónicas- || / Solución diluida de colágeno -casi puro- || / Evaporación para obtener gel fuerte || / Secado del bloque de gel (H=10%) para ser molido PECTINAS.- Son poliósidos compuestos por cadenas de ácidos galacturónicos unidos en (1-4) COOCH3 COOH COOCH3 │ │ │ ─────┬───────┴────────┬─────────┴───────┬────────┴───── 28 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 8. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción │ │ │ COOH COOCH3 COOH La función ácido puede estar más o menos esterificada con el metanol, y da una característica importante que es el grado de esterificación (G.E), es decir, el número de funciones carboxilo esterificado por 100 grupos galacturónicos; esto permite distinguir su grado de metoxilación. De este dependen todas las propiedades, especialmente su grado de gelificación. Así existen 2 grupos de pectinas: - Pectinas fuertemente metiladas (G.E > 55%) - Pectinas débilmente metiladas (G.E < 45%) Son solubles en agua. Forman geles en presencia de ácidos, sales y/o azucares. Según la velocidad de establecimiento o gelificación pueden ser: - de gelificación alta -rapid set- para mermeladas con frutas en trozos. - de gelificación media, común en el mercado - de gelificación baja Las pectinas forman geles termo reversibles a pH cercano a 3, y en presencia de iones Ca también a pH más alto. La capacidad de formación de gel es generalmente, directamente proporcional al peso molecular y de forma inversa al grado de esterificación. Las pectinas menos esterificadas necesitan para formar geles, valores muy bajos de pH y/o iones calcio, pero gelifican en presencia de menores concentraciones de azúcar -mermeladas hipocalóricas-. Las más esterificadas, por el contrario, necesitan concentraciones crecientes de azúcar con el incremento del grado de esterificación. La velocidad de formación del gel es mayor en las de más alta esterificación. OBTENCION.- Su fuente son los subproductos de la industria de zumos de fruta, manzanas y albedos de cítricos (limón, naranja, toronja); para su extracción se utilizan ácidos diluidos bajo ciertas condiciones de temperatura, separación por decantación con floculadores (Al o Cu). Luego deshidratación o concentración. RELACION ENTRE VELOCIDAD DE ESTABLECIMIENTO Y G.E Pectina G.E Condiciones Rapid Set 70% y más Azúcar y ácido (pH 3.0-3.4) Slow Set 50 - 70% Azúcar y ácido (pH 2.8-3.2) ++ Baja metoxilación 50% o menos Ca 29 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 9. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción El grado de metoxilación indica rapidez y condiciones necesarias. USOS.-  Elaboración de semiconservas: jaleas, mermeladas, quesos de frutas.  Jugos naturales para estabilidad: especialmente, turbidez, para que no precipite adiciono pectina y así evito separación.  Incrementa viscosidad en productos de tomate  Incrementa firmeza y peso escurrido en frutas enlatadas -pectina de baja metoxilación- .  Emulsionante en mayonesa, helado y saborizantes.  Estabilizante en emulsiones o/w (forma buenas emulsiones con aceites comestibles). GOMAS VEGETALES.- En la naturaleza existen un sinnúmero de compuestos naturales útiles como agentes espesantes, entre las gomas que provienen de extractos vegetales se encuentran las de acacia (goma arábiga), goma de tamarindo, goma tragacanto, goma guar, entre otras; además existen compuestos de polisacáridos que se extraen de algas como el agar, carragenatos, etc. de amplio uso por sus propiedades espesantes y gelificantes. GOMA GUAR (GUARANO).- Compuesto derivado de las semillas "Cyamopsis tetragondubos". Es la goma que presenta mayor viscosidad a menor concentración, se caracteriza por una alta solubilidad en agua fría, formando dispersiones coloidales. Sol. 1% ==> viscosidad=2700 cps (centipois) Compatible con gomas insolubles. Empleado en alimentos que requiero viscosidad (mezclas de gomas preferible). Gelifica solo si se le agrega borax (venenoso) para geles no alimenticios -mazapán- evitando la contaminación con insectos o ácaros. USOS.- -Estabilizador para mezclas de helados -Incrementa rendimientos en cuajadas y modifica textura en quesos (quesos de untar) -Ligante en emulsiones cárnicas (agua) -Agente de control en bebidas, aderezos y relish, da la condición de estabilización, evita separación o precipitación. GOMA GARROFÍN.- Procede del endospermo refinado de la semilla de algarrobo "Ceratonia siliqua". Se hidrata 30 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 10. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción en agua fría, forma dispersiones bastantes viscosas. No gelifica. Sol. 1% ==> viscosidad ==> 3000-3500 cps USOS.- Agente espesante y aglutinante así como estabilizante en mezclas de helados; en industrias de repostería y panificación, mejora la capacidad de retención de agua de las masas de panadería, especialmente cuando el contenido de gluten es pequeño. Estabilizante en salsas, aderezos y rellenos de pie; en productos congelados como sustituto del almidón (que se daña por congelación y descongelación). Modificador de textura en quesos suaves. C.M.C.- CARBOXIMETIL-CELULOSA Eter sintético hidrosoluble, la celulosa no es soluble en agua y no es asimilable como tal provocando problemas digestivos, al tratarla con reacción alcalina con el ácido cloroacético, conduce a la formación de carboximetilcelulosa. Sus propiedades dependen del grado de sustitución (0.3-0.9 ideal 0.4) y del de polimerización (500-2000). USOS.- Agente aglutinante y espesante inerte utilizado en gran cantidad de alimentos tales como quesos fundidos y blandos, salsas para ensalada, rellenos, gelatinas y recubrimientos de repostería para mejorar la consistencia. Estabilizante en helados, sherbets, ice pops, donde impide la formación de cristales de hielo. En confitería evita cristalización del azúcar. En productos de panadería inhibe la retrogradación del almidón por tanto el envejecimiento del pan. ALMIDON.- Se encuentra ampliamente distribuido en diversos órganos de la planta como carbohidrato de reserva. Se emplea en forma natural o modificada. USOS COMO INGREDIENTE.- Energético ==> 4 Kcal. /g Extensor.- incrementa cierta propiedad desarrollando la misma, ej. manjar, la textura es por la concentración de sólidos; puedo utilizar almidón para dar textura y no tanto concentrado, por tanto aumento rendimiento y reduzco precios. Espesante. Estabilizante, retiene partículas en suspensión. Modificador de textura. USOS COMO ADITIVO.- 31 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 11. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción En pequeñas cantidades. Se usa tanto por su costo (espesante más barato), variedad y por su carácter inocuo.  Agente antihumectante para polvos activos (aditivos)  Polvos de hornear, como antihumectante, 15-40% de almidón en la mezcla -el agua disminuye la capacidad de generar CO2,  Azúcar impalpable (3% almidón) evita grumos por captación de humedad.  Diluyente y agente de volumen en ingredientes activos. Ej., ablandadores de carne, son enzimas, necesarias en pequeñas cantidades por lo que aumento de volumen con almidón.  Agente espesante. Estabilizante auxiliar en mayonesa y otros (4-6%) -agente secundario-  Textura en confites (gomas suaves 10-14% almidón) ALMIDONES MODIFICADOS.- Las propiedades del almidón y de sus fracciones (amilosa y amilopectina) pueden ser mejoradas o adaptadas a necesidades tecnológicas específicas por modificaciones físicas o químicas. Permitiendo incluso su uso en productos congelados, postres instantáneos, rellenos, comidas infantiles, etc. Ej.: Almidón pregelatinizado.- por calentamiento de la suspensión de almidón y posterior desecación se obtienen productos solubles en agua fría y capaces de formar geles. GOMA XANTANA.- E-415 Obtenida por fermentación microbiana de la Xanthomonas campestris. Viscosidad muy estable a variaciones de temperatura, pH y concentraciones de sal. Muy seudo plástica. Sinergismo con la goma guar para un incremento en viscosidad. Sinergismo con goma garrofin para incremento de viscosidad o formacion de gel. USOS.-  Aderezos para ensaladas  Salsas  Postres  Productos horneados  Bebidas  Dosis entre 0.05 a 0.50% CARRAGENATOS.- 32 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 12. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción  E-407  Extraídos de algas rojas de la familia Rhodophycaeae  Existen en varias sales de sulfato Ester.  Se clasifican principalmente como Kappa, Iota y Lambda-carragenatos  Cada especie esta caracterizada por una composición diferente  Los carragenatos comerciales son mezclas más o menos enriquecidas de una u otra de estas fracciones.  Los carragenatos Kappa y Iota requieren de agua caliente ( sobre 71ºC) para completa solubilización  Pueden formar geles termo reversibles en presencia de cationes de potasio y calcio.  Los geles Kappa son quebradizos con sinéresis mientras que los Iota son más elásticos y sin sinéresis.  El tipo Lambda es soluble en agua fría y no forma gel. USOS.-  Kappa y Iota Carrageninas son muy reactivos con las proteínas lácteas y son empleados con otras gomas para prevenir la perdida de suero en productos lácteos.  Las carrageninas son empleadas para estabilizar proteína Láctea a 0.01 – 0.03%y para formar geles a 0.5 – 1.0%  Sus aplicaciones incluye en productos lácteos, postres gelificados, dulces de bajas calorías.  Las dosis comunes son:  En dispersiones con agua 0.2-1.0%  En dispersiones con leche 0.01-0.25% MATERIAS PRESERVANTES 4.3 ANTIOXIDANTES.- Definición, clasificación, función y aplicaciones. Por más de medio siglo, los antioxidantes alimenticios se han añadido a los alimentos para retardar o inhibir la oxidación de las grasas. Según la FDA dice que son sustancias usadas para preservar los alimentos, ya sea: - retardando el deterioro - rancidez - o decoloración debido a la oxidación 33 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 13. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción Conservan por tanto las propiedades organolépticas, sabor y textura, puesto que algunos de los efectos de la oxidación comprenden: a) desarrollo de olor y sabor en grasas y aceites y alimentos grasos b) decoloración de pigmentos c) pérdida de sabor y olor d) cambios de textura e) pérdida de valores nutricionales debido a la destrucción de las vitaminas (A, D, E) y ácidos grasos esenciales (linoléico). La mayoría de los antioxidantes tienen una estructura común, es decir un anillo aromático insaturado y grupos de hidroxilo que funcionan como donadores de electrones. Los antioxidantes deben presentar: - baja toxicidad - potentes en gran variedad de grasas - no impartir olor y sabor a la grasa La oxidación de la grasa ocurre en los lugares de la insaturación, es la oxidación autocatalizada por un número variado de factores como: - oxígeno - luz - calor - metales pesados - pigmentos - condiciones alcalinas - grado de instauración La enzima lipooxigenasa, es una enzima presente en vegetales como fréjoles y arvejas y específicamente introduce el oxígeno en los ácidos grasos libres, es un pro-oxidante. El efecto inhibitorio de los antioxidantes se atribuye a su donación de electrones o H+, a una grasa conteniendo un radical libre, y a la formación de un complejo entre antioxidante y la cadena de grasa. Para ser efectivos, deben ser agregados tan pronto como sea posible, en el proceso de fabricación o a la grasa terminada. Los antioxidantes no pueden revertir la oxidación de aceites rancios, ni son efectivos para suprimir la rancidez hidrolítica la cual es una hidrólisis enzimática catalizada de las grasas. La selección de antioxidantes apropiados es determinada por: - Compatibilidad con el producto - Efectividad resultante en ciertas grasas - Que su aplicación sea aprobada - Solubilidad en la fase acuosa u oleosa del producto 34 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 14. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción - Buena dispersión en todo el producto, un factor aún de mayor importancia en un producto con bajo contenido graso - Estabilidad, es decir la habilidad de los antioxidantes para ser agregado a un componente del alimento y sobrevivir a los pasos del procesamiento como son freír u hornear e impartir estabilidad al producto alimenticio final. Dentro de los antioxidantes están: - Aquellos compuestos que terminan la cadena de radical libre en oxidación lípida - Quelantes que juntan los iones metálicos como Fe, y Cu que catalizan la oxidación lípida - Secuestrantes de O2 o de aquellos compuestos que reaccionan con el O2 en sistemas cerrados, y - Antioxidantes secundarios cuya función es el rompimiento de los hidroperóxidos. ANTIOXIDANTES QUE INTERRUMPEN LA CADENA DE RADICAL LIBRE Antioxidantes se creen que interrumpen la cadena de radical libre de reacciones oxidativas contribuyendo con el H de grupos hidroxilos-fenolicos, formando ellos mismos, radicales libres estables que no inician ni propagan oxidaciones de lípidos futuras. BHT, BHA.- Son los más usados en la industria de alimentos. El BHA es vendido como escamas blancas enceradas, el BHT es disponible como un sólido blanco cristalino. Ambos compuestos son extremadamente solubles en grasa e insolubles en agua. Debido a la volatilidad de sus valores BHA y BHT son aditivos importantes para los materiales de empaque de donde ellos emigran hacia el alimento. En esta aplicación, pueden ser añadidos directamente a la cera usada en la fabricación del recubrimiento interior encerado. BHA.- Es más efectivo en suprimir la oxidación de grasas animales que en aceites vegetales. Es particularmente útil en proteger el sabor y color de aceites esenciales, en realidad es el más efectivo de todos los antioxidantes aprobados para esta aplicación. Es bastante efectivo en controlar la oxidación de ácidos grasos de cadena corta como aquellos que contiene el aceite de coco que es típicamente usado en producción de cereales y confitería. TBHQ.- (butil hidroxiquinona tertiary) 35 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 15. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción Es considerado como el mejor antioxidante para aceites de freír. Es soluble en grasas. La FDA lo permite, se encuentra disponible como un polvo beige que puede ser usado solo o combinado con BHA y/o BHT para un contenido máximo de antioxidante de 0.02% o 200 ppm, basado en el contenido graso incluyendo aceites esenciales. La inclusión de un agente quelante como ácido cítrico en el sistema antioxidante de TBHQ puede realzar sus propiedades estabilizadoras. Esta combinación se la usa principalmente en aceites vegetales y margarinas. PG.- (galato de propilo) Es un antioxidante sintético, disponible como un polvo blanco cristalino y es poco soluble en agua. Estabiliza grasas animales y vegetales. Inhibe oxidación en grasas animales y aceites en productos cárnicos, inclusive salchichas de cerdo, frescas, congeladas; especies y snacks. TOCOFEROLES.- Probablemente es el antioxidante natural más conocido. Esta presente en el tejido de las plantas. Es efectivo en productos como tocino, productos horneados, manteca de cerdo, margarina, aceite de girasol. Aceites vegetales insaturados con su contenido propio de tocoferoles no se benefician mucho de la adición de tocoferoles. su actividad depende de la concentración (0.01-0.02% más efectiva). Muchas plantas contienen tocoferoles, pero como son sensibles al calor, se pierden durante la refinación, desodorización y operaciones de procesamiento. La mayoría de los que están en el comercio son sintéticos. 4.4 AGENTES SECUESTRANTES Los iones metálicos libres en sistemas alimenticios pueden formar compuestos insolubles o coloreados o catalizar la degradación de los componentes del alimento resultando en la precipitación, decoloración, enranciamiento o pérdida de características nutricionales. Los agentes quelantes eliminan estos efectos indeseables al formar complejos estables generalmente solubles en agua con los iones metálicos. Otra función es la liberación controlada de los iones metálicos para fines nutricionales o para la melificación controlada de espesantes. 36 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 16. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción El efecto es llamado quelacion y los complejos formados se denominan quelantes. La quelacion es una reacción de equilibrio la proporción de quelante con el ion metálico se indica con una constante de estabilidad K A mayor afinidad del ion metálico con el agente quelante, mayor será la constante de estabilidad. Entre los principales compuestos empleados como quelantes tenemos:  Glicina (aminoácido)  EDTA  Acido cítrico  Acido gluconico  Acido tartarico  Acido hexametaposforico  Acido pirofosfórico  Acido trípoli fosfórico Constante de estabilidad para quelantes metálicos (valores log K) 2+ 2+ 3+ 2+ 2+ 2+ Agente quelante Ca Mg Fe Mn Cu Zn EDTA 10.7 8.8 25.1 13.9 18.8 16.5 Ac. Pirofosfórico 5.4 5.5 --- --- 7.6 8.7 Ac. Tripolifosforico 5.2 5.8 --- 7.2 8.3 7.5 Ac. Cítrico 3.5 3.4 11.5 4.2 5.9 5.0 Ac. Tartarico 1.8 1.4 6.5 2.5 3.4 2.2 Glicina 1.4 2.2 10.0 2.8 8.2 5.0 4.5 AGENTES ANTIMICROBIANOS Los conservantes (de E200 a E299) evitan o retardan la fermentación, enmohecimiento o putrefacción del alimento causado por los microorganismos. La principal causa de deterioro de los alimentos es el ataque por diferentes tipos de microorganismos (bacterias, levaduras y mohos). El problema del deterioro microbiano de los alimentos tiene implicaciones económicas evidentes, tanto para los fabricantes (deterioro de materias primas y productos elaborados antes de su comercialización, pérdida 37 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 17. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción de la imagen de marca, etc.) como para distribuidores y consumidores (deterioro de productos después de su adquisición y antes de su consumo). Se calcula que más del 20% de todos los alimentos producidos en el mundo se pierden por acción de los microorganismos. Por otra parte, los alimentos alterados pueden resultar muy perjudiciales para la salud del consumidor. La toxina botulínica, las aflatoxinas, entre otras constituyen razones poderosas para evitar la alteración de los alimentos. A los métodos físicos, como el calentamiento, deshidratación, irradiación o congelación, pueden asociarse métodos químicos que causen la muerte de los microorganismos o que al menos eviten su crecimiento. Las condiciones de uso de los conservantes están reglamentadas estrictamente en todos los países del mundo. Usualmente existen límites a la cantidad que se puede añadir de un conservante y a la de conservantes totales. Los conservantes alimentarios, a las concentraciones autorizadas, no matan en general a los microorganismos, sino que solamente evitan su proliferación. Por lo tanto, solo son útiles con materias primas de buena calidad. En forma general se los puede clasificar de la siguiente forma:  Presentes naturalmente en el alimento: lactoperoxidasa, lisozima, lactoferrina  Productos químicos con propiedades antimicrobianas: acidos orgánicos y sus sales; anhídrido sulfuroso y sulfitos, nitritos y nitratos.  Productos químicos con propiedades multifuncionales: especias y aceites esenciales; antioxidantes.  Bacteriocinas, proteínas que contienen macromoléculas con capacidad de ejercer acción bactericida sobre bacterias susceptibles. Nicina, pimaricina Entre los principales encontramos:  Ácido sórbico y sus sales: Sorbato sódico, Sorbato potásico, Sorbato cálcico. Tienen las ventajas tecnológicas de ser activos en medios poco ácidos y de carecer prácticamente de sabor. Su principal inconveniente es que son comparativamente caros y que se pierden en parte cuando el producto se somete a ebullición. Son especialmente eficaces contra mohos y levaduras, y menos contra las bacterias. Los sorbatos se utilizan en bebidas refrescantes, en repostería, pastelería y galletas, en derivados cárnicos, quesos, aceitunas en conserva, en postres lácteos con frutas, en mantequilla, margarina, mermeladas y en otros productos. En la industria de fabricación de vino encuentra aplicación como inhibidor de la fermentación secundaria permitiendo reducir los niveles de sulfitos. Cada vez se usan más en los alimentos los sorbatos en lugar de otros conservantes más tóxicos como el ácido benzoico. Los sorbatos son muy poco tóxicos, de los que menos de entre todos los conservantes, menos incluso que la sal común o el ácido acético (el componente activo del vinagre). Por esta razón su uso está autorizado en todo el mundo. Metabólicamente se comporta en el 38 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 18. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción organismo como los demás ácidos grasos, es decir, se absorbe y se utiliza como una fuente de energía.  Ácido benzoico, Benzoato sódico, Benzoato potásico, Benzoato cálcico El ácido benzoico es uno de los conservantes más empleados en todo el mundo. Aunque el producto utilizado en la industria se obtiene por síntesis química, el ácido benzoico se encuentra presente en forma natural en algunos vegetales, como la canela o las ciruelas por ejemplo. El ácido benzoico es especialmente eficaz en alimentos ácidos, y es un conservante barato, útil contra levaduras, bacterias (menos) y mohos. Sus principales inconvenientes son el que tiene un cierto sabor astringente poco agradable y su toxicidad, que aunque relativamente baja, es mayor que la de otros conservantes. En España se utiliza como conservante en bebidas refrescantes, jugos para uso industrial, algunos productos lácteos, en repostería y galletas, en algunas conservas vegetales, como el tomate o el pimiento envasados en grandes recipientes para uso de colectividades, mermeladas, crustáceos frescos o congelados, margarinas, salsas y otros productos. La OMS considera como aceptable una ingestión de hasta 5 Mg. por Kg. de peso corporal y día. La tendencia actual es no obstante a utilizarlo cada vez menos substituyéndolo por otros conservantes de sabor neutro y menos tóxico, como los sorbatos. El ácido benzoico no tiene efectos acumulativos, ni es mutágeno o carcinógeno.  Los ésteres del ácido para-hidroxi-benzoico y sus derivados sódicos, denominados en general parabenos, Son compuestos sintéticos especialmente útiles contra mohos y levaduras, y menos contra bacterias. Su principal ventaja es que son activos en medios neutros, al contrario que los otros conservantes, que solo son útiles en medio ácido. En cambio tienen el inconveniente de que incluso a las dosis autorizadas proporcionan a los alimentos un cierto olor y sabor fenólico. Se utilizan fundamentalmente para la protección de derivados cárnicos, especialmente los tratados por el calor, conservas vegetales y productos grasos, repostería, y en salsas de mesa (1 g/Kg de conservantes totales). Los parabenos se utilizan en muchos países. Desde los años 50 se han realizado múltiples estudios acerca de su posible toxicidad, demostrándose que son poco tóxicos, menos que el ácido benzoico. Se absorben rápidamente en el intestino, eliminándose también rápidamente en la orina, sin que se acumulen en el organismo. Algunas de las personas alérgicas a la aspirina también pueden ser sensibles a estos aditivos.  Sulfitos, Anhídrido sulfuroso, Sulfito sódico, y demás compuestos azufrados. El anhídrido sulfuroso es uno de los conservantes con una mayor tradición en su utilización. También es el que tiene más siglos de prohibiciones y limitaciones a sus espaldas. El anhídrido sulfuroso es un gas, comercializado en forma líquida a presión. Es un aditivo auto limitante en su uso, en el sentido de que por encima de una cierta dosis altera las características gustativas del producto. Es especialmente eficaz en medio ácido, inhibiendo bacterias y mohos, y en menor grado, levaduras. Actúa destruyendo la tiamina (vitamina B1), por lo que no debe usarse en aquellos alimentos que la aporten en una 39 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 19. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción proporción significativa a la dieta, como es el caso de la carne; sin embargo, protege en cierto grado a la vitamina C. Durante el cocinado o procesado industrial de los alimentos el anhídrido sulfuroso y sulfitos se pierden en parte por evaporación o por combinación con otros componentes. Los límites legales se expresan siempre en contenido de anhídrido sulfuroso. El anhídrido sulfuroso y los sulfitos son muy utilizados para la conservación de zumos de uva, mostos y vinos, así como para la de la sidra y vinagre. También se utiliza como conservante en salsas de mostaza y especialmente en los derivados de fruta (zumos, etc.) que van a utilizarse como materia prima para otras industrias, de los que desaparece en su mayor parte durante el procesado posterior. Además de su acción contra los microorganismos, los sulfitos actúan como antioxidantes, inhibiendo especialmente las reacciones de oscurecimiento producidas por ciertos enzimas en vegetales y crustáceos. Con este fin se autoriza su uso en conservas vegetales y aceitunas de mesa, cefalópodos congelados y crustáceos. También se utiliza como antioxidante en zumos y cervezas. Los sulfitos no tienen efectos teratógenos ni cancerígenos, no representando ningún riesgo para la inmensa mayoría de la población a los niveles presentes en los alimentos.  Nisina La nisina es una proteína con acción antibiótica producida por un microorganismo inofensivo presente en la leche fresca de forma natural y que interviene en la fabricación de diferentes productos lácteos. Solo es eficaz contra algunos tipos de bacterias y se utiliza en casi todo el mundo (España incluida) como conservante de ciertos tipos de quesos procesados, especialmente los fundidos. En otros países, sobre todo en oriente medio, se utiliza como conservante de la leche y de otros derivados lácteos ante los problemas para mantener estos productos siempre en refrigeración. No tiene aplicaciones médicas como antibiótico, y es por esto por lo que se utiliza en tecnología alimentaria. Existe como un conservante natural en algunos quesos y otros productos lácteos fermentados, producidos por su flora de maduración. También la produce la propia flora intestinal humana. La nisina ingerida es destruida rápidamente durante la digestión y sus aminoácidos constituyentes se metabolizan junto con los procedentes de las otras proteínas. Prácticamente carece de toxicidad o de poder alergénico.  Pimaricina. La pimaricina, también llamada natamicina es un antibiótico útil en la protección externa de ciertos alimentos contra el ataque de mohos. Su utilización no está autorizada a nivel de la Comunidad Europea, pero sí en España, de una forma transitoria. También está autorizada en Estados Unidos y otros países. En España se emplea para impregnar la superficie de los quesos duros o semiduros, chorizo, salchichón y jamones. La pimaricina se utiliza en medicina contra las cándidas. 4.6 ANTIAPELMAZANTES En ausencia de una definición oficial el término anti-apelmazantes y anti-aglomerantes se pueden considerar como semejantes. 40 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 20. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción Un antiapelmazante evita que el producto se haga una masa y el antiaglomerante debe anular la acción del ligante. Los anti-apelmazantes son siempre antiaglomerantes y recíprocamente. La falta de fluidez de los polvos y los límites del apelmazado son debido a causas diversas: - Imbricación bajo efecto de una presión - Cristalización, solidificación, condensación sólida bajo efecto de variaciones climáticas: temperatura y humedad relativa. - Reacciones químicas entre los constituyentes de la mezcla - Atracciones electrostáticas como consecuencia de choques o frotamientos. Los principales productos utilizados son:  Productos a base de sílice: sílice hidratada (Dióxido de silicio) y silico-aluminato sodico.  Diversas sales minerales como fosfato tricalcico (6 o 20 mg/Kg.)  Carbonato magnesico (20 mg/Kg)  Ferrocianuro potasico y sodico (5 mg/Kg) 4.7 CLARIFICANTES Los auxiliares de clarificación y de estabilización son utilizados para obtener la limpidez del líquido tratado y la establidad de esta limpidez. Son sustancias que se prestan mal a una clasificación teniendo en cuenta su naturaleza muy diferente y su mecanismo de acción muy variado Se pueden subdividir en cinco clases:  Proteínas  Polisacáridos  Derivados de sílice  Macromoléculas sintéticas  Otros. Estas pueden provocar dos tipos de efectos: 1. Eliminación más o menos completa de sustancias disueltas o coloidales o las suspensiones que son responsables o precursoras de los enturbiamientos.  Se obtiene respectivamente por precipitación química, floculación y sedimentación. 2. Estabilización del estado coloidal a un umbral tal que no afecte la limpidez de la bebida. Esto es por complexión para las sustancias disueltas precursoras de enturbiamiento o por adición de coloides hidrófilos estables 41 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 21. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción Proteínas Las proteínas utilizadas son de origen animal. Hasta el momento no ha sido propuesta ninguna proteína vegetal o microbiana. Reaccionan esencialmente por uniones hidrogeno con los taninos. Tienen un pH isoelectrico superior a 4.5 Entre las proteínas, la gelatina es la utilizada con estos fines. Necesita una cantidad importante de taninos, no es utilizable en bebidas pobres en sustancias tanicas. Adicionalmente entre las proteínas encontramos:  Ictiocola o cola de pescado, flocula mejor que la gelatina en bebidas pobres en taninos (cerveza y vinos blancos)  La caseína, precipita bajo el efecto de los iones calcio o los pH bajos. Permite una eliminación bastante completa de los taninos y otros polifenoles.  Albúmina de huevo o de sangre, precipita bajo influencia de los taninos y del alcohol. 4.8 GASES Y PROPULSORES Diversas legislaciones admiten el uso de gases como auxiliares tecnológicos. Para empujar los productos en el proceso o para ayudar a su conservación (almacenamiento en cámara o en embalaje). Los gases se eligen para que no reaccionen con el producto, salvo en el caso de las atmósferas especiales. Para las frutas,  la conservación por frío (0 a 4°C) se hace con atmósfera controlada.  Es necesario bajar el contenido de oxigeno para frenar la respiración del fruto  Una atmósfera controlada seria por ejemplo: oxigeno 21%, gas carbónico 0.3% y el resto nitrógeno.  Se eligen las proporciones más eficaces en función de las especies de frutas. Para las carnes.  Se reemplaza el aire por nitrógeno en los embalajes, esto ayuda para la conservación de los productos;  se utiliza también la mezcla de nitrógeno y de gas carbónico en unos contenidos respectivos cercanos a 80% y 20%.  En caso de carne fresca (solamente), se añade un poco de oxigeno a esa mezcla (color rojo) Para los huevos  Se ha utilizado con éxito para su conservación a 0°C una atmósfera de 88% Anhídrido 42 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 22. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción Carbónico y 12% Nitrógeno. Para las grasas,  Durante la fabricación y almacenamiento, el nitrógeno, el anhídrido carbónico y los gases raros no radiactivos. Para la crema batida  El protóxido de hidrogeno para batir y levantar la crema Para el vino  Se admite el empleo del anhídrido carbónico y el nitrógeno, o su mezcla  A fin de crear una atmósfera inerte.  El contenido en el vino así conservado no debe sobrepasar de 2 g por litro Para los jugos de fruta  También se utiliza el gas carbónico, pero la eliminación es difícil y el jugo queda burbujeante. Atmósfera especial de maduración  En los plátanos, etileno (2 partes de etileno por 1000 de nitrógeno)  Para de verdear cítricos, (1 parte de etileno por 1000 de aire) Aditivos Alimentarios que Frecuentemente se consideran causantes de Reacciones Adversas Nombre del aditivo Propósito Aspartame Edulcorante Benzoatos Conservadores BHA, BHT Antioxidantes Tintes FD&C Colorantes GMS-Glutamato monosódico Saborizantes Nitratos/Nitritos Conservadores Parabenos Conservadores Sulfitos Conservadores 43 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.
  • 23. INGENIERIA EN ALIMENTOS Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción ¿Cómo de identifican los aditivos? Etiquetados y números E El etiquetado de los aditivos alimentarios, ya sea por su nombre o por su número E permite a los usuarios estar bien informados y, por consiguiente, elegir mejor. La letra E va seguida de tres o cuatro dígitos. 1. El primero de ellos informa sobre el tipo de aditivo. Así se reserva:  el 1 para los colorantes,  el 2 para conservantes,  el 3 para antioxidantes,  el 4 para estabilizantes y emulsionante,  el 5 y 6 para potenciadores del sabor  y 9 para edulcorantes. 2. El segundo hace referencia a la familia del aditivo (por ejemplo cuando se trata de colorantes indica el color, en el caso de antioxidantes y conservantes el grupo químico al que pertenecen). 3. El resto de dígitos se refiere a la especie en concreto y sirve para identificar la sustancia. Listado de aditivos alimentarios y sus números E: http://histolii.ugr.es/EuroE/NumerosE.pdf Listado de las clases funcionales de aditivos alimentarios: http://histolii.ugr.es/EuroE/ClasesFuncionales.pdf 44 Materia: Aditivos y auxiliares alimentarios Tema 4. Estabilizadores, modificadores de textura y preservantes. Autor: Ana María Costa V.