2010 acevedo - gelificación fría de las proteínas del lactosuero

GELIFICACIÓN FRÍA DE LAS

PROTEÍNAS DEL LACTOSUERO

Autor:

DIOFANOR ACEVEDO CORREA

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

CARTAGENA – COLOMBIA

2010

ACEVEDO CORREA, DIOFANOR GELIFICACIÓN FRÍA DE LAS PROTEÍNAS

ReCiTeIA - v.10 n.2 6

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Diofanor Acevedo Correa

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Gelificación fría de las proteínas del lactosuero

Diofanor Acevedo Correa

Universidad de Cartagena – Colombia

CONTENIDO

Lista de Figuras ............................................................................................................................... 7 Resumen.......................................................................................................................................... 8 1 Introducción ........................................................................................................................... 8 2 Proteínas del lactosuero .......................................................................................................... 9

2.1 β-Lactoglobulina. .......................................................................................................................... 12 2.2 α -Lactalbumina............................................................................................................................. 13

3 Gelificación .......................................................................................................................... 14 3.1 Proceso de gelificación en frío ...................................................................................................... 15 3.2 Formación de enlaces disulfuro ..................................................................................................... 18 3.3 Dureza del gel ................................................................................................................................ 19 3.4 Carga eléctrica neta ....................................................................................................................... 20

4 Conclusiones ........................................................................................................................ 21 5 Referencia bibliográficas ..................................................................................................... 21

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Lactosuero. 9

Figura 2. Fraccionamiento del Suero del queso. 11 Figura 3. Separación de β -lactoglobulina y α lactalbúmina. 11 Figura 4. Conversión de la proteína globular nativa a una red de proteínas de acuerdo a

la gelificación inducida por calor o en frío. 16 Figura 5. Modificación de las propiedades de los agregados de las proteínas del

lactosuero. 17 Figura 6. Modelo para la formación de puentes disulfuro intermolecular y su papel

durante la gelificación fría inducida por ácidos de proteínas de lactosuero precalentadas. 19 Figura 7. Dureza de los agregados que se diferencian en las características estructurales

y químicas, y de los que se diferencian en las características estructurales. 20 Figura 8. Dependencia de la turbidez de soluciones de agregados succinilados. 21



Gelificación fría de las proteínas del lactosuero

RESUMEN

El lactosuero es un subproducto que se obtiene durante la fabricación del queso, contiene

proteínas que se emplean en la industria de alimentos por sus propiedades nutricionales,

funcionales y nutracéuticas. Dentro de las propiedades funcionales de las proteínas del

lactosuero una de gran importancia es la gelificación y en especial la gelificación fría, por

ser un método que produce geles a temperatura ambiente. Ocurre en dos etapas: en la

primera las proteínas son convertidas en agregados solubles, en la segunda etapa por

variación del pH se forma el gel. Esto es conocido como gelificación fría inducida por

ácidos.

Las propiedades de los agregados como carga neta, número de grupos tioles y tamaño de

los agregados influyen en la dureza de los geles y pueden ser controladas para mejorar la

propiedades de textura de los mismos.

Palabras claves: Lactosuero / Gelificación fría / Proteínas

1 INTRODUCCIÓN

Las proteínas del lactosuero son ampliamente utilizadas en la industria de alimentos en

forma de concentrados o de aislado debido a sus propiedades funcionales y nutricionales.

Dentro de las propiedades funcionales una de gran importancia es la gelificación y en

especial hoy se está investigando la gelificación en frío por su aplicación en compuestos

sensibles al calor y la versatilidad para manejar sus propiedades.

La gelificación de las proteínas es considerada como el resultado del desenrrollamiento de

la proteína seguida por una alteración en las interacciones proteína –proteína, cualquier

acción que produzca cambios en la conformación de la estructura nativa de la proteína tiene

el potencial de inducir la gelificación (Foegeding y Hamann, 1992).

La gelificación de las proteínas es usada en muchas aplicaciones industriales. En los

productos alimenticios produce propiedades texturales y sensoriales deseables.

En la gelificación en frío el gel de proteína se forma a temperatura ambiente, las proteínas

primero son convertidas a pequeños agregados solubles por un calentamiento moderado,

después del enfriamiento los agregados permanecen solubles, esta es la ventaja de la

gelificación fría; con la que se pueden hacer modificaciones a los agregados para controlar

las propiedades del gel y tener mayores aplicaciones.



Es posible producir películas a partir de los agregados de proteínas del lactosuero, por

entrecruzamiento con glicerol; su transparencia y propiedades mecánicas permiten su

utilización como un material de recubrimiento por sus propiedades de barrera al oxígeno.

La microencapsulación proporciona la oportunidad para proteger ingredientes sensibles al

deterioro y pérdidas como componentes bioactivos, nutrientes nutracéuticos y flavor. Las

proteínas del lactosuero se utilizan como agentes microencapsulantes por su capacidad para

interaccionar con el agua y el aceite

2 PROTEÍNAS DEL LACTOSUERO

La leche contiene diversas proteínas, de las cuales las caseínas son las más abundantes, ya

que representan el 80% de las proteínas totales. Las caseínas de la leche tienen pesos

moleculares que oscilan entre 25.000 y 40.000; las más importantes son la α la β y la қ ,

que representan, respectivamente, el 50, 30 y 15% del total de las caseínas. En la leche,

estas proteínas se asocian entre sí para formar pequeñas partículas denominadas micelas,

que se encuentran estabilizadas gracias a la presencia de la caseína қ. Cuando se va a

fabricar queso, se agregan a la leche enzimas coagulantes (como la renina), las que

catalizan la ruptura de un solo enlace peptídico de la қ -caseína: la unión entre el

aminoácido fenilalanina en la posición 105 y la metionina en la 106. Este clivaje de la қ -

caseína provoca la desestabilización de las micelas y por lo tanto la precipitación de casi

todas las caseínas, las que posteriormente se van a transformar en queso.

Figura 1. Lactosuero.



El lactosuero es la fracción líquida de la leche rica en proteínas, minerales, y lactosa que se

separa de la caseína durante la fabricación del queso o de la caseína. Según que haya sido

empleada la coagulación ácida o enzimática se obtendrá lactosuero dulce o lactosuero

ácido. (M.A. de la fuente. 2001).

La composición del lactosuero no solamente depende de la composición de la leche y del

contenido de humedad del queso sino de manera muy significativa, del pH al que el

lactosuero se separa de la cuajada.

El lactosuero tiene una baja proporción de proteínas aproximadamente 0.6% y 93% de agua

(Foegeding, 2002), pero estas poseen una calidad nutritiva superior a las de las caseínas que

conforman el queso ya que son ricas en aminoácidos azufrados, con un buen porcentaje de

grupos sulfidrilo, lisina y triptofano.

Se estima que por cada kilogramo de queso se producen 9 kilogramos de lactosuero

(Gonzalez, M.I 1995). El lactosuero representa cerca del 85% -90% del volumen de la

leche y contiene aproximadamente el 55% de sus nutrientes. Este gran contenido de

nutrientes genera aproximadamente 3.5Kg de demanda biológica de oxigeno (DBO) y

6.8Kg de demanda química de oxigeno (DQO) por cada 100Kg de lactosuero liquido

(Grba, S 2002), por lo que se considera éste como un potencial contaminante ambiental, ya

que aun cuando una parte de este lactosuero se utiliza en la alimentación de animales y

como fertilizante para las tierras, el resto es descargado en lagos y ríos.

Una alternativa para aprovecharlo es separar las proteínas del lactosuero por ultrafiltración

y obtener un concentrado proteico.

El proceso de ultrafiltración no desnaturaliza las proteínas del suero, por lo que en los

comienzos de la década del setenta comenzó a desarrollarse la tecnología de ultrafiltración

por membrana que permite retener las proteínas de una solución en una membrana que

posee poros muy pequeños. Así, tanto en Europa como en los EE.UU. los investigadores

pudieron analizar la factibilidad de preparar productos derivados de las proteínas del suero

del queso, respondiendo a las necesidades de las industrias farmacéuticas y de alimentos

sus propiedades funcionales permanecen intactas.

Pero comenzaron las dificultades. Las membranas se taponaban debido a las partículas que

quedan suspendidas en el suero y a las fosfolipoproteínas, proteínas unidas a lípidos y

fósforo, que quedaban retenidas. Esto producía, por un lado, una disminución en el flujo de

filtración y, por el otro, la pérdida en la capacidad de formar espuma de los concentrados de

proteína de lactosuero, ya que las fosfolipoproteínas inhiben esta propiedad.

En 1985 el grupo francés dirigido por J. L. Maubois desarrolló un proceso que permite

precipitar y separar las fosfolipoproteínas, lo cual deja un suero claro que no tapona los

filtros (Figura 2). Esto se logra simplemente agregando calcio al suero hasta una

concentración de 1,2 g / kg, ajustando el pH a 7,3 y variando rápidamente la temperatura de

2 a 500C. Es decir que el primer paso del procesamiento del suero del queso es su



clarificación por eliminación de las fosfolipoproteínas. Estas no se desechan, ya que son

útiles por sus propiedades funcionales; por ejemplo, puesto que retienen agua, se utilizan en

la preparación de hamburguesas, ya que no permiten que estas se sequen. El paso siguiente

consiste en proceder a la ultrafiltración, pero ahora sin temor a que se tapen las membranas;

las proteínas quedan retenidas y pasan los componentes de bajo peso molecular, de manera

que se obtiene un líquido filtrado, denominado permeado, rico en sales y en el azúcar

lactosa, y un líquido que no pasa a través de la membrana de ultrafiltración, llamado

retenido, que es el concentrado de proteína de lactosuero del que ya hablamos (figura 3).

Figura 2. Fraccionamiento del Suero del queso.

Figura 3. Separación de β -lactoglobulina y α lactalbúmina.

Si el suero clarificado se acidifica y se calienta, se produce la microfiltración, mientras que la - β

lactoglobulina queda en el permeado



Para separar y purificar las dos proteínas que están en mayor proporción en el suero, la α-

lactalbúmina, la β-lactoglobulina que representan el 17 y el 42% del total de las proteínas

del suero respectivamente 1987 J.L. Maubois desarrolló un método industrial basado en que

en medio ácido pH 3.8 la α-lactalbúmina se agrega o polimeriza y forma un precipitado si

se calienta ligeramente. Esta agregación es totalmente reversible: la proteína se redisuelve

cuando la temperatura y el pH vuelven a sus valores originales.

Las proteínas del concentrado tienen muchas aplicaciones por sus propiedades funcionales

como ingredientes en los alimentos (emulsificante, gelificante, espesante, espumante,

capacidad de ligado del agua). Pueden modificar algunas o todas las propiedades de los

alimentos: organolépticas, visuales, surfactantes, estructurales, de textura, y reológicas

obteniendo un producto con mejor aceptación por el consumidor (Lee M., Huffman 2002),

posee actividad anticancerígena y, más concretamente, su papel protectivo frente al cáncer

de colon, y por otro lado su papel como estimulador de la respuesta inmune (Baro, L.,

2001). La actividad anticancerígena fue demostrada en animales de experimentación

(Graeme H., 1998) y su posible mecanismo es debido a la protección del DNA en forma

metilada por los aminoácidos azufrados (Baro L., 2001), además se emplea para aumentar

el rendimiento de la producción de quesos y en la elaboración de requesón (Jelen, 1979).

Las proteínas del lactosuero, que representan alrededor del 20% de las proteínas de la leche

de vaca, se definen como aquellas que se mantienen en solución tras precipitar las caseínas

a pH 4,6, a una temperatura de 20ºC. son compactas, globulares, con peso molecular que

varía entre 14.000 y 1.000.000; son solubles en un intervalo de pH muy amplio (incluso a

pH ácidos siempre y cuando no se hayan desnaturalizado por el calor); en estado natural no

se asocian con las caseínas, pero en las leches tratadas térmicamente y homogenizadas, hay

una fracción que sí lo hace, las fracciones más importantes son: la β-lactoglobulina, la α-

lactalbúmina, las inmunoglobulinas, la albúmina bovina y las proteosas pectonas.

Las propiedades funcionales del lactosuero vienen dadas por las de sus dos principales

proteínas: β-lactalbúmina y α -lactoglobulina.

2.1 Β-LACTOGLOBULINA.

Pertenece a la familia de las lipocalinas de las proteínas, la estructura terciaria contiene un

motivo estructural en β-tonel (barril o cuba), similares al de las proteínas ligantes del

retinol, y una sola α –hélice corta superficial. Como la mayoría de las lipocalinas puede

ligar pequeñas moléculas hidrofóbicas dentro de la cavidad central. Se sugiere juega un

papel en el transporte de retinol, además es resistente a la hidrólisis péptica durante su paso

por el estómago. (Burova et al 2002; Hoedemaeker et al., 2002). La secuencia de

aminoácidos de β-lactoglobulina consiste de 162 residuos de aminoácidos con un peso

molecular de 18.3KDa y un pI de 5.1 a pH neutro y temperatura ambiente. La β-

lactoglobulina bovina se encuentra en forma de dímero, pero se disocia a monómeros a

altas temperaturas o valores de pH extremos.



Es insoluble en agua destilada, soluble en soluciones diluidas de sal y precipitable por las

altas temperaturas y por la acción de soluciones al 50% de sulfato de magnesio o de

amonio; es la fracción proteínica que se ha estudiado con más detalle, ya que ejerce una

influencia decisiva en la estabilidad térmica de los productos lácteos. Representa

aproximadamente el 45% del total de las proteínas del suero.

A igual que con otras proteínas globulares, los aminoácidos hidrófilos, los hidrófobos y los

ionizables se encuentran homogéneamente distribuidos a lo largo de la molécula

provocando que los no polares (tirosina, triptofano, leusina, fenilalanina), tienden a unirse

dentro de la molécula estableciendo una hidrofobicidad elevada en el centro; esta

característica hace que se hidrate fuertemente en el exterior y que no se puedan unir entre

ellas en forma hidrófoba. Su grupo disulfuro le imparte características de estructura

terciaria y el sulfidrilo libre la hace muy reactiva; de hecho es la fuente más importante de

sulfidrilos de la leche.

No se encuentra en la leche materna, se considera como responsable de las reacciones

alérgicas que se observan en infantes alimentados con leche de vaca; por esta razón, en los

productos comerciales que imitan la leche humana, se utiliza suero de queso al que se le ha

eliminado esta fracción proteínica mediante diferentes técnicas, como puede ser una

precipitación selectiva con polifosfatos o por filtración en gel.

2.2 Α -LACTALBUMINA

Es por orden de importancia, la segunda proteína del lactosuero y tiene actividad biológica

ya que es constitutiva del sistema enzimático requerido para la síntesis de lactosa, por

regulación de la actividad de la enzima galactosiltransferasa (Permyakov y Berliner, 2002).

Tiene 123 aminoácidos y su peso molecular es 14.2Kda. El punto isoeléctrico está entre 4.2

y 4.5. No contiene grupos sulfidrilos libres, pero sí cuatro disulfuros provenientes de

cistinas, lo que la hace tener 2.5 veces más azufre que las caseínas. Entre sus características

se cuentan su bajo peso molecular y su alto contenido de triptofano. Como dato interesante,

cabe indicar que tiene una estructura primaria bastante parecida a la lisosima del huevo.

El lactosuero es procesado para ser usado como ingrediente de alimento aumentando el

contenido de proteína, removiendo lípidos, minerales, y lactosa. El producto comercial más

importante del lactosuero son los concentrados de proteínas con un contenido aproximado

del 85% y los aislados con un contenido mayor o igual al 95%.(Morr, 1993). La

composición de los concentrados y la de los aislados de proteínas, se diferencian en la

concentración de sus constituyentes, especialmente la lactosa que actúa como plastificante,

estas diferencias en la composición pueden tener una marcada influencia en las propiedades

de barrera y mecánicas en la elaboración de láminas de proteínas del lactosuero.

La fabricación de concentrados proteicos del lactosuero comprenden la ultrafiltración para

concentrar las proteínas y la diafiltración para remover la lactosa, minerales y otros

componentes de bajo peso molecular, el retenido es usualmente más concentrado por



evaporación antes del secado por aspersión (spray-drying) para minimizar los costos de

remoción de agua y mejorar las propiedades físicas de los polvos (Hobman,1992).

Los concentrados de proteínas son usados en un amplio rango de aplicaciones (fórmulas

infantiles, alimentos para la salud, productos gelificados, alimentos congelados) como

ingredientes funcionales y nutricionales. El término funcionalidad aplicado a los

ingredientes de alimentos ha sido definido como cualquier propiedad además de los

atributos nutricionales que influencia la utilidad de un ingrediente en los alimentos (Boye et

al., 1997).

Sin embargo varios de los tratamientos empleados durante la obtención de concentrados,

aislados, y separación de las proteínas del lactosuero tales como concentración de proteínas,

refinado, purificación, tiempo de secado, tienen una influencia marcada sobre las

propiedades funcionales; además las proteínas del lactosuero son muy sensibles al calor, la

intensidad del tratamiento térmico durante la fabricación del concentrado proteico es crítica

y puede causar la desnaturalización de las proteínas lo cual afecta la solubilidad y otras

propiedades funcionales, esta sensibilidad limita el uso en varios productos alimenticios.

(Dnsolckn y Euston, 1999).

De las propiedades funcionales de las proteínas del lactosuero una de gran importancia por

su aplicación en los alimentos es la gelificación .

3 GELIFICACIÓN

Un gel se forma por entrecruzamiento de polímetros mediante enlaces covalentes o no

covalentes, para formar una red capaz de atrapar el agua y otras sustancias de bajo peso

molecular. La gelificación es considerada como el resultado del desenrrollamiento de la

proteína seguido por la alteración de las interacciones proteína–proteína, cualquier acción

que cambie la configuración nativa de la proteína, tiene en principio el potencial de inducir

la gelificación.

La funcionalidad de los geles es determinada por la distribución espacial de las partículas

de proteína y por la contribución de los enlaces covalentes y no covalentes a la red.

La contribución relativa de estos dos tipos de enlaces, además de las propiedades

intrínsecas de las proteínas (hidrofobicidad, interacciones electrostáticas, enlaces

disulfuros, masa molecular, y composición de aminoácidos), dependen de las condiciones

aplicadas durante la gelificación (concentración de proteínas, pH, temperatura, fuerza

iónica y tipo de ion y de la presión hidrostática) (Totosaus et al, 2002).

La gelificación de las proteínas del lactosuero puede ser inducida por varias vías. La

gelificación producida por calor es la más estudiada en la ciencia de alimentos, y es la

responsable por la estructura presente de muchos alimentos sometidos a procesos térmicos

(Totosaus et al., 2002). Un segundo tipo de gelificación producida físicamente es la



gelificación producida por presión hidrostática, Keim y Hinrichs reportaron que la

formación de enlace disulfuro como resultado del tratamiento a alta presión depende de la

presión aplicada y de su duración.

Ambos métodos de gelificación son métodos de un solo paso. Bajo las condiciones

aplicadas, los procesos de desnaturalización de las moléculas de proteínas y la subsecuente

agregación ocurren simultáneamente.

Otros métodos de gelificación han sido reportados: gelificación inducida por sal,

gelificacion inducida por ácidos, y gelificación inducida por enzimas. (Totosaus et al.,

2002). La gelificación producida por enzimas puede darse de dos formas: por

entrecruzamiento de proteínas, realizado por la transglutaminasa, y por la degradación

enzimática de proteínas, realizado por enzimas proteolíticas específicas.

La gelificación inducida por sal o por ácido necesita de dos pasos. La mera adición de sal o

ácido no produce la formación de la red de proteínas. Necesita el paso de activación en el

cual la molécula de proteína es desnaturalizada y forma agregados de proteínas solubles

Este proceso es conocido como gelificación fría.

3.1 PROCESO DE GELIFICACIÓN EN FRÍO

Muchas aplicaciones de los geles en la elaboración de productos alimenticios es limitada en

los alimentos sensibles al calor requeridos para gelificar las proteínas. Recientemente se ha

dedicado esfuerzo para emplear las proteínas del lactosuero como ingredientes de la

gelificación fría.

Comparando la gelificación producida por calor con la gelificación en frío, en la

gelificación por calor el paso de activación de las proteínas no es acompañado del paso

siguiente, es decir, los procesos de agregación, desenrrollamiento, y gelificación suceden

simultáneamente.

En la gelificación fría se pueden distinguir dos pasos, en el primer paso se obtiene una

dispersión de agregados de proteínas después del calentamiento a temperaturas entre 20-

37ºC a un pH alejado de pI, baja fuerza iónica y una concentración de proteínas que no

forme gel. Después del enfriamiento se obtiene una dispersión estable de agregados. En el

segundo paso, la gelificación puede ser producida a temperatura ambiente por adición de

sal o bajando el pH. Figura 3 (Mc. Clements, 1998).

Muchos estudios han sido reportados sobre la aplicación de aislados de proteínas de

lactosuero como ingrediente en la gelificación fría. En un trabajo realizado por Bryant

(1998) la sal fue usada para producir la gelificación. La sal produce dos tipos de geles: un

gel transparente fino se forma a temperatura ambiente por adición de pequeñas cantidades

de sal y geles de partículas turbias se forman por adición de grandes cantidades de sal.



Figura 4. Conversión de la proteína globular nativa a una red de proteínas de acuerdo a la

gelificación inducida por calor o en frío.

La dureza del gel aumenta con el incremento de la concentración de proteína en la solución

usada para hacer los polímeros de las proteínas del lactosuero (Ju y Kilara, 1998). Los

polímeros de proteínas del lactosuero son formados principalmente por enlaces disulfuro

con algunas interacciones no covalentes (Foegeding, 1999). Con el bloqueo de los grupos

tioles por N-etilmaleimida, Hongsprabhas y Barbut (1997) demostraron que los enlaces

disulfuros están involucrados en el paso de polimerización previo a la gelificación y ayudan

en el mantenimiento de la estructura de la red.

En general cuando se hacen polímeros de proteínas del lactosuero, la alta concentración de

proteínas, tiempo de calentamiento y la temperatura influyen sobre la viscosidad de la

dispersión y la rigidez del gel (Foegeding, 1999). Cuando los geles de polímeros de

proteínas del lactosuero con igual fuerza iónica fueron hechos con cloruro de sodio o

cloruro de calcio, los geles que contenían cloruro de calcio fueron más rígidos debido a que

el calcio produce un apantallamiento de las cargas y tiene capacidad para formar enlaces

iónicos con las cargas negativas de las proteínas (Daubert y Swaisgood, 2001).

Hoy en día más de 2 billones de personas en todo el mundo tienen deficiencia en hierro.

Una solución interesante a este problema consiste en fortificar los alimentos con hierro,

pero la incorporación de hierro dentro de sistemas complejos produce la oxidación o

precipitación y afecta la biodisponibilidad (Hurrel 1998).



En los procesos tradicionales de gelificación la solución que contiene proteína es calentada

por encima de 65ºC. Recientemente se han producidos geles con adición de calcio a bajas

temperaturas. Remondetto 2001 desarrolló la gelificación fría por hierro, dependiendo de

las condiciones usadas se forman dos tipos de geles: filamentosos y de agregados

desordenados con distintas propiedades fisicoquímicas, al evaluar los dos tipos de geles

bajo condiciones gastrointestinales los geles de estructuras desordenadas liberaron altos

niveles de hierro en el intestino, lo que demuestra que el transporte y protección del hierro

depende la estructura del gel (G. Remondetto 2004). Renata Baranauskiene 2005 evaluó las

propiedades de encapsulación de la leche en polvo desnatada y concentrados de proteínas

del lactosuero para el recubrimiento de los aceites esenciales de orégano, extractos de

aroma de citronela; la eficiencia de la microencapsulacion expresada como el porcentaje de

flavor atrapada dentro de la microcápsula fue del 80% y el contenido remanente fue entre

1,1% y 1,4%, los cambios en la composición de los componentes fueron pequeños, lo que

demuestra la utilidad de la microencapsulación de las proteínas del lactosuero.

Figura 5. Modificación de las propiedades de los agregados de las proteínas del lactosuero.

Los geles de proteínas del lactosuero a bajo pH, pueden ser hechos usando el siguiente

procedimiento: tratamiento térmico, incubación con enzimas y acidificación fría. El

tratamiento térmico induce la formación del enlace disulfuro y la enzima cataliza la

reacción de transferencia de un acilo entre los residuos de lisina y ácido glutámico,

produciendo entrecruzamiento entre las proteínas, produce una solución polimerizada y

luego se le adiciona ácido glucono delta lactona para producir la gelificación a pH 4. Los

geles presentan un aumento en la fuerza de fractura, lo que indica que es una forma de

incrementar la dureza de los geles de proteínas de lactosuero (Eissa, A.S ,.2005).

Modificacion de grupos

amino primarios

Modificacion de grupos tiol

Diferencia en tamaño de los agregados



La adición de proteínas de lactosuero interfiere con la gelificación de las proteínas del

surimi, esto puede ser debido a que las proteínas del lactosuero son reactivas a temperaturas

por encima de la gelificación de las proteínas del pescado y se obtienen mezclas de geles

débiles. Cuando se utiliza la gelificación fría de las proteínas del lactosuero en producción

de surimi no se presentan geles débiles La unión de partículas de carnes crudas es esencial

en la producción de surimi y productos cárnicos reestructurados, las proteínas del

lactosuero han sido usadas para formar gel que ligue las partes.

Los agregados formados durante la primera etapa permanecen solubles después del

enfriamiento lo que ofrece la ventaja de modificar sus propiedades de formación de enlaces

disulfuro y número de grupos tioles, carga neta , y tamaño de los agregados para controlar

la dureza de los geles y poder mejorar las propiedades de textura. (Ton Van Vliet 2004).

3.2 FORMACIÓN DE ENLACES DISULFURO

La formación de enlaces disulfuro durante el segundo paso bajo condiciones ácidas se

demostró empleando bloqueantes del grupo tiol (iodoacetamida IAA, Acido para-

cloromercuriobenzoico PCMB, N-etilmaleimida NEM) sobre los agregados de aislados de

proteínas del lactosuero. Se formaron geles a pH 5.1 con los agregados donde el grupo

disulfuro estaba bloqueado y en los agregados no bloqueados, la microestructura inicial de

los geles no presentó diferencias por lo que se concluye que la morfología inicial de los

geles formados se realiza por interacciones no covalentes de los agregados. Los geles

formados se disolvieron en dodecil sulfato de sodio (SDS) a pH 7, la electroforesis en gel

de agarosa demostró la formación de grandes agregados ocurrió solamente en los geles

formados por agregados no bloqueados.

Las propiedades mecánicas de los dos tipos de geles se caracterizó determinando su dureza,

la dureza relativa del gel fue graficada contra el porcentaje de grupos tioles bloqueados. La

dureza disminuye significativamente en los geles preparados con agregados en los cuales se

bloquee el grupo tiol.

La formación de enlaces disulfuro se produce por reacciones de oxidación o de

intercambio, normalmente ocurren bajo condiciones básicas (Bryant 1998) y a condiciones

ácidas estas reacciones suceden muy lentamente. La formación de enlaces disulfuro en

condiciones ácidas es debida al gran aumento de la concentración efectiva, como resultado

de las interacciones no covalentes los grupos tioles libres están muy cerca y se promueve la

formación de enlaces disulfuro.

Para explicar esto se propone un modelo simple en el cual la microestructura de los geles es

determinada inicialmente por interacciones no covalentes, los enlaces disulfuros covalentes

solamente son formados después de la gelificación probablemente por reacciones de

intercambio disulfuro-tiol, y participan en la estabilización de la red (previniendo la ruptura

espontánea y la sinéresis) e incrementando la rigidez (Arno C Alting 2000).



Figura 6. Modelo para la formación de puentes disulfuro intermolecular y su papel durante la

gelificación fría inducida por ácidos de proteínas de lactosuero precalentadas.

Mezclando diferentes cantidades de agregados con bloqueantes y sin bloqueantes se

controla la dureza del gel sin cambios en la microestructura. Estos resultados pueden tener

aplicaciones industriales para controlar la dureza. (Arno C .Alting., 2002)

Las propiedades mecánicas de las leches ácidas como el yogurt pueden controlarse por

modificación del contenido de grupos tioles después del calentamiento de la leche. (Astrid J

Vasbinder, 2004).

Los mecanismos que inducen a la formación de la red de proteínas y del enlace disulfuro

son dependientes del tiempo y del pH, por esto ellos pueden ser controlados por la

velocidad de acidificación y el pH final. El uso de acidificantes bacterianos en vez de

químicos en la gelificación fría es de gran importancia, porque la acidificación bacteriana

se prefiere debido a su grado alimenticio. La dureza de los geles puede ser ajustada por el

pH final y el tiempo de acidificación, la dureza depende del pH del gel probablemente

debido a la carga neta de los agregados (A.C Alting, 2004).

3.3 DUREZA DEL GEL

El número de grupos tioles más que el tamaño de los agregados determina la dureza del gel.

Jua y K ilara,. 1998 estudiaron el efecto de las propiedades de los agregados sobre la

gelificación y concluyeron que la dureza de los geles fríos aumenta con el aumento del

tamaño de los agregados y el grado de agregación, es decir la fracción de proteína

desnaturalizada relativa a la cantidad total de proteína. El tamaño de los agregados de la

proteína puede ser variado por cambios en la concentración de proteínas durante el

calentamiento.



Arno C 2002, determinó que la dureza de los geles fríos de aislados de proteínas del

lactosuero depende más del contenido de grupos tioles que del tamaño de los agregados o

de las características de sus estructuras .Esto fue demostrado produciendo geles con

diferentes concentraciones de proteínas ,la dureza aumentaba a medida que la

concentración de proteína aumentaba pero al bloquear los grupos tioles libres en las

distintas concentraciones la dureza no varió al aumentar la concentración.

Figura 7. Dureza de los agregados que se diferencian en las características estructurales y

químicas, y de los que se diferencian en las características estructurales.

3.4 CARGA ELÉCTRICA NETA

La reducción de la repulsión electrostática de los agregados (carga eléctrica neta) es la vía

para modificar el pH al cual se produce la gelificacion. Por modificaciones químicas de la

carga neta de los agregados de la beta-lactoalbúmina, por succinilación de los grupo aminos

primarios las cargas negativas de los grupos carboxilos predominan, el pH de gelificación

disminuye hasta cerca de 2.5; por metilación del grupo ácido carboxilo predominan las

cargas positivas y la gelificación se produce a pH alcalinos más altos.

Resultados comparables se obtuvieron con aislados de proteínas. A bajo pH los

entrecruzamientos disulfuro entre los agregados modificados no se formaron después de la

gelificación. Los geles presentaron sinéresis y fractura espontánea (Arno C. Alting, 2002).

La formación de entrecruzamiento disulfuro es un factor determinante en las propiedades

mecánicas finales de los geles y estas se pueden controlar por modificación del punto

isoeléctrico de los agregados de proteínas



Figura 8. Dependencia de la turbidez de soluciones de agregados succinilados.

4 CONCLUSIONES

El lactosuero es un producto de gran utilidad del cual se pueden separar las proteínas, estas

pueden ser utilizadas en la gelificación fría debido a sus propiedades físicas y químicas. La

gelificación fría se produce en dos etapas o pasos, en la primera etapa se producen los

agregados solubles después del enfriamiento. El conocimiento de los factores que producen

la gelificación de estos agregados como son: enlaces disulfuros, carga neta, concentración

de los agregados es de gran importancia para el control de las propiedades mecánicas del

gel. El potencial de uso en la industria de alimentos de los agregados y de los geles es

inmensa por ejemplo películas para recubrimiento, control de la textura del yogurt, surimi

etc.

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2010 acevedo - gelificación fría de las proteínas del lactosuero

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