diseño experimental para la formulación de dulces de goma

Andrés Gómez 201126449

Diseño experimental para la formulación de dulces de goma de bajo contenido calórico a base de alginato y agar, una perspectiva enfocada en la

caracterización reológica

Abstract Bajo las presiones y problemas que hay con los dulces con altas concentraciones de azúcar y calorías en la industria confitera, el uso de endulzantes y otros ingredientes que no aporten mucha energía metabólica se ha convertido en una prioridad. En este estudio se examinan el reemplazo de azúcar y de gelatina en los dulces de goma o gummies desde un punto de vista reológico, por sucralosa y geles como el alginato o agar respectivamente. Tras un diseño experimental se definen concentraciones de alginato o agar en dulces de goma, que lleguen a comportarse de manera similar a los dulces de goma a base de gelatina. La similitud entre geles, medida en módulos de almacenamiento y pérdida, y bajo el estudio de comportamientos en rango de oscilación definidos entre dos platos, muestra que geles como el alginato o el agar son geles fuertes, independientemente de la concentración en la que se hallen. En este orden de ideas, no fue factible conseguir módulos de pérdida y almacenamiento similares a los de la gelatina con solamente alginato o agar en las concentraciones estudiadas. Palabras clave: Alginato, Agar, Gelatina, Gomitas, Gummies, Diseño de nuevos productos, Módulo de almacenamiento, Módulo de pérdida. Introducción La industria confitera es uno de los núcleos económicos más grandes que hay en el sector alimenticio. Con un ingreso aproximado de 139 billones de dólares anuales (Ibis World, 2016), esta industria produce bienes que son de gran importancia económica para todos los países del mundo, ya que por una parte algunas de sus materias primas, como el azúcar, son el sustento de países que dependen de las actividades agrícolas y por otra parte, alimentos insignia como el chocolate resultan ser de gran importancia cultural en varios países desarrollados. La manufactura de dulces es tan importante, que países como Brasil llegan a producir alrededor de 38,745 millones de toneladas métricas de azúcar al año (Bloomberg, 2016), y su demanda es tan alta que en países como Suiza, conocido por su tradición chocolatera, el consumo de chocolate per cápita alcanza los 12 kg anuales (Orteaga, 2013). Aun así, pese a su importancia económica y demanda global, la imagen de los dulces se ha visto afectada por la aparición de varias enfermedades relacionadas con la dieta de individuos que los consumen en exceso. Bajo esta problemática vale la pena destacar que la población más vulnerable y uno de los nichos de mercado más importantes para la industria confitera son los niños. Debido a esto, las políticas actuales estimulan la reducción de consumo de confitería para los niños y la divulgación a los adultos responsables sobre los efectos negativos de los dulces en su salud.


Entre los problemas médicos asociados al consumo de dulces, los más comunes e importantes son la diabetes tipo 2, las caries y la obesidad, especialmente la obesidad infantil. Por una parte, la diabetes tipo dos es una enfermedad metabólica que se caracteriza por el exceso de glucosa en la sangre debido a la ineficiencia de la insulina para llevarla a las células adyacentes. Alrededor del 90% de los pacientes diabéticos tienen diabetes tipo 2, viéndose fuertemente relacionada con dietas con alto contenido de grasas, almidones y azúcares (IQWiG , 2014). Aunque en el pasado la diabetes tipo 2 no era frecuente en niños, los casos de diabetes anuales en los adolescentes se han doblado en los últimos 25 años (Ebbeling, 2002). Además de la diabetes, otro tema que concierne a países desarrollados es la obesidad, especialmente la obesidad infantil; un trastorno metabólico en el cual el consumo excesivo de comida grasosa y azucarada, sumado a la falta de ejercicio, resulta en la acumulación de tejido adiposo en todo el cuerpo lo que trae consigo problemas como hipertensión, dislipidemia, inflamación crónica, obstrucción del sistema cardiovascular e hiperinsulinemia (Ebbeling, 2002). En el año 2000 y desde 1974 los niveles de obesidad en niños han subido hasta alcanzar cifras alarmantes en varios países como Estados Unidos donde el 13% de los niños de 6 a 11 años y el 14% de los niños de 12 a 19 años de edad presentan obesidad. Brasil también es uno de los países que presenta bastantes casos de obesidad infantil donde 17.4% de los niños de 6 a 11 años y el 12.6% de los niños de 12 a 19 años de edad la sufren (Ebbeling, 2002). Por último, se atribuye al consumo de dulces la formación de caries dental, que se debe a que los malos hábitos de higiene y una dieta rica en glucosa resultan siendo un ambiente propicio para que las bacterias de la boca se reproduzcan y formen colonias en las cavidades dentales. Estas bacterias de la especie Staphylococcus mutans crean ácidos lo suficientemente fuertes como para degradar el esmalte de los dientes, causando así una infección que puede terminar en la pérdida del diente u otras infecciones a nivel de la mucosa bucal de alta importancia médica (Lee, 2000). Tras analizar la problemática, es posible divisar que todas tienen un factor en común: el consumo calórico y sobre todo el consumo excesivo de glucosa. La glucosa es básicamente una de las fuentes energéticas más importantes para la realización de la respiración aeróbica en organismos vivos, pero el exceso de la misma trae desordenes metabólicos tales como la obesidad y la diabetes, además de la atracción de organismos oportunistas como bacterias que usan los residuos de azúcar como sustento para vivir. Debido a esto, la industria confitera ha optado por reducir las calorías y el azúcar en la mayoría de sus productos, realizando así productos que pueden clasificarse como 0 azúcar y en algunos casos como 0 calorías. Varios sustitutos del azúcar como proteínas no digeribles como el aspartame, endulzantes naturales como la Stevia rebaudiana, o alcoholes de azúcar también conocidos como polioles, son una buena alternativa para endulzar los alimentos ya que no aportan un nivel importante de calorías, no afectan los niveles de insulina en la sangre y, en el caso de las bacterias, son compuestos


difíciles de degradar (Hartel, 2014). Se ha encontrado que el bajo consumo de azúcar está asociado con la disminución del riesgo de contraer diabetes, enfermedades cardiovasculares, degeneración macular y ciertos tipos de cáncer (O´Donell, 2012). Entre los dulces más consumidos, aparte del chocolate, se encuentran los dulces de goma, conocidos comúnmente como gummies o gomitas. Estos dulces son especiales en su composición, ya que además de tener carbohidratos y azucares, son de los pocos dulces que también tienen cierta cantidad de proteínas, tal como se muestra en la figura 1. Esto se debe a que los dulces de goma son en realidad soluciones de agua azucarada, colorantes y acidulantes embebidos en una red tridimensional conformada por la gelatina; una serie de proteínas de origen animal que se entrecruzan para formar una estructura que atrapa el soluto y el agua en el que inicialmente estaba disuelto (Hartel, 2014). La gelatina es así una proteína que contiene altas concentraciones de residuos de pirolidina y glicina, que al estar aglomerada en una solución y en presencia de calentamiento (40-50ºC), forma una red tridimensional aleatoria de triple hélices y otras configuraciones en forma de espiral. Esto hace que el agua azucarada quede retenida entre estas redes y que la solución que antes era líquida, pase un estado semisólido. Este proceso es conocido como gelificación (Rao, 2014). Al ocurrir la gelificación la solución adquiere propiedades elásticas similares a las del caucho, que pueden ser definidas como la resistencia a deformarse y a volver a su condición inicial, pero en parte sigue manteniendo algunas propiedades de viscosidad, propias de su estado anterior (Barnes, 2000). En los geles la capacidad de resistirse a la deformación y a deformarse llegan a ser dos de las características más importantes de estos materiales y son aspectos indispensables para catalogar diferentes tipos de geles tanto a nivel sensorial como a nivel reológico. La problemática en los dulces de goma es que para reducir su nivel calórico, no solo se requiere el reemplazo del azúcar por otros endulzantes sino que también es de alta importancia buscar un reemplazo para la gelatina. Esta proteína proveniente de tejido animal, es fácilmente digerible y aprovechable y por ende tiene un aporte calórico importante en la composición de los dulces de goma. Es tanto así que el aporte calórico de la gelatina llega a ser de 62 calorías por cada 100 g de su peso (USDA, s.f.). Sin embargo, el hecho de reemplazar la gelatina por cualquier otro gel, cambiaría todas las características fisicoquímicas y sensoriales a los dulces de goma. Por ende el objetivo de este estudio es evaluar un reemplazo idóneo de los componentes calóricos de los dulces de goma, para finalmente diseñar un producto que contenga 0 azúcar y la menor cantidad de calorías posible, sin perder las características reológicas del producto terminado original, que finalmente terminan repercutiendo en la experiencia sensorial del mismo. Para esto, la evaluación de otros polímeros formadores de geles comestibles es indispensable. Entre los geles comestibles más usados además de la gelatina se encuentran los geles formados por polisacáridos como el alginato y el agar. Estos


geles son generalmente extraídos de las paredes celulares de las algas pardas y son cadenas de azucares en configuraciones que no son digeribles, tal como sucede con la fibra. Aunque se reporta que en el momento ningún gel comestible alcanza a tener las propiedades de elasticidad de la gelatina (Hartel, 2014), es posible que la información reológica de los distintos geles sustitutos de la gelatina en dulces de goma sea escasa. Este estudio por lo tanto medirá dos de las variables más importantes de los geles a nivel reológico; el módulo de almacenamiento (G´) y el módulo de pérdida (G´´). En la reología la propiedad de viscoelasticidad es uno de los focos de análisis más importantes cuando se habla de geles. La viscoelasticidad se conoce como la contraposición de las fuerzas de viscosidad y elasticidad en un material. Esto se debe a que los geles presentan resistencia a deformarse, tal como lo haría un resorte, pero que a la misma vez se ven afectados constantemente por pequeños cambios no muy evidentes incitados por la disipación y la tasa de deformación de los líquidos, de la cual los geles no están exentos (Barnes, 2000). En el momento de medir las propiedades viscoelásticas de un gel, las pruebas oscilatorias resultan ser de alta importancia para caracterizar estos materiales, ya que en estas se caracteriza la respuesta del material a diferentes frecuencias angulares. En estas pruebas salen a relucir el módulo de almacenamiento G´ definido como la respuesta del componente solido del gel, y el módulo de pérdida G´´ definido como la respuesta del componente liquido del gel. Ambos de estos módulos tienen la misma magnitud y por ende se definen en una condición ideal bajo el modelo de Maxwell el cual contrapone las fuerzas de un resorte y un amortiguador en unidades de presión, y las aplica a los modelos de los fluidos.

De esta forma los geles llegan a tener diferentes módulos de pérdida y almacenamiento que definen que tan elásticos o que tan frágiles son.

Informacion Nutricional por 100 g de dulces de goma

Valor energético 340 kcal Proteinas 4.2 g Carbohidratos 77.5 g Lipidos 0.9 g

Figura 1: Tabla nutricional de los dulces de goma Haribo World Mix (Haribo, 2016) Entre los geles de polisacáridos que presentan altos niveles de módulos de almacenamiento se encuentran el alginato y el agar. El alginato por su parte es un gel compuesto de polisacáridos lineales con cantidades variables de acido alfa L-gulurónico y beta D manurónico. Su polimerización se da mediada por la presencia de iones de calcio que hacen que las diferentes moléculas se crucen en una


configuración conocida como caja de huevo (Avendaño, 2013). Por sus diferentes propiedades el alginato ha sido uno de los geles usados en la cocina molecular para hacer esferificaciones y pastas, lo que indica que su elasticidad es lo suficientemente fuerte como para hacer geles de buena contextura, posiblemente similares a los de la gelatina. También, el alginato presenta características calóricas muy importantes ya que además de no ser digerible y no calórico, se han hecho estudios en los que se ha demostrado que el alginato ayuda a perder peso ya que funciona como fibra secuestrante de nutrientes en el tracto digestivo (Jensen, 2012). El agar agar es un gel ampliamente usado en productos vegetarianos y estudios científicos, en donde la textura del agar es muy parecida a la de soluciones de gelatina. Su polimerización consiste en la unión aleatoria entre las moléculas D galactopiranosa y L galactopiranosa, que forman configuraciones en forma de hélices, seguido de una agregación de las mismas (Rao, 2014). Aunque su aporte calórico no es nulo, el agar si presenta una cantidad calórica mucho más baja que la gelatina, de 16 Kilocalorías por cada 100g (NHS, 2014). Esto se debe a que el monómero básico del agar es la galactosa, la cual aporta calorías mas no activa la respuesta glicémica. Para este estudio se analizaron los comportamientos de dulces de goma hechos a base de agar y alginato, bajo el estrés de frecuencias oscilatorias para definir qué formulación podría ser la que más se asemeje a los dulces de goma hechos de gelatina. Esto a su vez se hizo con el reemplazo de los endulzantes como el azúcar y el jarabe de fructosa, por sucralosa y jarabe de xilitol respectivamente. Para esto, la medición de los módulos de pérdida y almacenamiento fué fundamental para describir la similitud o diferencia entre la elasticidad de los dulces de goma de gelatina y las formulaciones propuestas. Además bajo el análisis de un diseño factorial se pudo analizar cómo los cambios en la concentración de gel, el tipo de gel y la concentración de endulzante, afectan las propiedades reológicas de la formulación. Materiales y Métodos Para llevar este experimento a cabo, tres fases del procedimiento fueron fundamentales para que el diseño experimental fuera óptimo: la formulación del producto, los análisis reológicos de las diferentes formulaciones y el análisis estadístico por el método factorial Formulaciones iniciales En primer lugar se hizo la formulación inicial para cada uno de los geles con los que se iban a hacer los experimentos. Para esto se planteó en un principio la formulación de las gomitas de gelatina, la cual iba a ser el referente reológico de comparación para las pruebas con el alginato y el agar. La gelatina se definió de la forma más parecida a las formulaciones que tienen las gomitas en el mercado.


Aun así, aditivos como conservantes, que aumentan la vida útil del producto, y ceras, usadas para evitar que las gomitas se aglomeren unas con otras, no fueron tomados en cuenta. Otros agentes como el azúcar, el jarabe de maíz, la gelatina y el acido cítrico fueron fundamentales para realizar la gomita deseada. Tras la realización de la primera gomita y la confirmación visual de que la formulación sí era apta, se determinó que tales concentraciones iban a ser equivalentes al control a evaluar. La tabla 1 muestra las concentraciones en peso de la formulación tomada Por otra parte se revisaron patentes de jelly hecha a partir de alginato, para el planteamiento de la formulación de los dulces de goma a base de alginato. Cuando se habla de jelly es necesario entender que estos son dulces hechos con una concentración baja de gelatina, a diferencia de los dulces de goma que tienen altas concentraciones de este gel. Las patentes revisadas de jelly a base de alginato, plantean la utilización de aditivos diferentes como el cloruro de calcio y carbonato de sodio, los cuales son agentes fundamentales para que se de la polimerización del alginato, ya que uno es la sal de calcio que activa el proceso de polimerización y el otro es un inhibidor de la reacción para que la polimerización se dé gradual y homogéneamente, y no espontáneamente . A partir de la patente de Robert Ralph Merton (1960) se estableció cuales deberían ser las concentraciones de alginato de sodio, cloruro de calcio y carbonato de sodio necesarias para que la textura no tuviera una sensación como la de la jelly si no como la de un dulce de goma. Esto se realizó bajo una comparación de la proporción de aumento que había entre las concentraciones de la gelatina en la jelly y los dulces de goma. Las concentraciones finales de los dulces de goma a base de alginato pueden verse en la tabla 1. Los componentes en los dulces de agar fueron los mismos usados en la formulación de los dulces de goma hechos con gelatina. La formulación inicial de los dulces de goma de agar fueron ajustados por medio de un análisis visual hecho a partir de diferentes concentraciones de alginato en solución. Las concentraciones de este dulce de goma también pueden ser vistas en la tabla 1. En una ultima instancia aunque la intención inicial era usar jarabe de xilitol como sustituto de el jarabe de maíz en las gomitas de alginato y agar, la disponibilidad en el momento del material era escasa. Por tal razón se asumió que los caracteres reológicos no cambiarían con la sustitución de estos reactivos aunque se deja claro que la utilización del jarabe de xilitol si es fundamental para hacer una gomita que no active la respuesta glicémica en el cuerpo y que sea baja en calorías. Análisis reológico de los módulos de Almacenamiento y pérdida Con el fin de medir pruebas en el reómetro, primero se realizaron diferentes batchs según las variables definidas. Las variables a experimentar por ende fueron el tipo de gelificante que se iba a usar, es decir alginato y agar, y la concentración de gelificante en la muestra, en la cual se establecieron 3 parámetros: concentración inicial definida, concentración de gelificante al 105% y 110% de la


inicial . Para cada uno de los tratamientos se harán 3 replicas. El control y el punto de referencia serán 3 muestras de dulces de goma a base de gelatina hechos a partir de la concentración definida anteriormente. Esto dio como resultado la realización de 21 muestras a analizar.

Tabla 1: Tabla de las concentraciones peso/peso de los componentes de las formulaciones para dulces de goma a base de gelatina, alginato y agar

Formulaciones de los dulces de goma (% peso/peso) Base Gelatina Base alginato Base Agar

Gelatina 12.230% Alginato 7.456% Agar 3.704% Agua 35.416% Agua 60.490% Agua 57.893% Azucar 21.642% Sucralosa 1.000% Sucralosa 1.000% Saborizantes 0.173% Saborizantes 0.173% Saborizantes 0.173% Colorantes 0.043% Colorantes 0.043% Colorantes 0.043% Jarabe de Maíz 28.934% Jarabe de Maíz 26.141% Jarabe de Maíz 37.037% Acido Cítrico 1.562% Acido Cítrico 1.562% Acido Cítrico Spray

Carbonato de sodio 3.134%

Cloruro de Calcio Sol. 100

g/L Para la preparación de los dulces de goma a base de gelatina, se pesaron los ingredientes en base a una mezcla final de 100 g en una balanza con error de +/- 0.001 g. Se mezclaron los ingredientes en un beaker aforado de 100 ml, agitado por medio de un agitador magnético. Cuando la mezcla estuvo completamente homogénea se calentó la muestra en una plancha sin parar la agitación a hasta llegar a los 60ºC. Posteriormente la mezcla fue puesta a menos de 5ºC en el congelador en donde se esperó a que se diera la polimerización del gel. Para la gomita de alginato se pesaron todos los ingredientes usando la misma balanza y bajo una base de 100 g de producto final. En esta ocasión se mezclan primero el alginato con todos los demás ingredientes a excepción del cloruro de calcio en un beaker aforado de 100 ml bajo constante agitación con un agitador magnético. Al mismo tiempo se preparó una solución de cloruro de calcio bajo las concentraciones mencionadas en la tabla 1 y se mezcló hasta que la solución quedara homogénea. Tras esto alrededor de 10 mL de cloruro de calcio en solución se adicionaron a la solución de alginato para que se diera la polimerización. Para esto se espero alrededor de 6 horas para que el cloruro de calcio se diseminara homogéneamente a través de toda la solución de alginato. En cuanto a las gomitas de agar se siguió el mismo protocolo de pesaje y mezclado de las gomitas de gelatina. Tras tener la mezcla homogénea se llevo la solución a 75ºC y se dejo reposar hasta su polimerización en el congelador a 5ºC. Posterior a su gelificación se rego con Spray una solución de acido cítrico y agua 0.1 M para evitar su contaminación y la proliferación de microorganismos. Teniendo las muestras hechas, se sacaron 3 pedazos de cada lote aproximadamente de 1.5 mm de grosor cortados manualmente y en forma circular


con un radio de 2 cm. Tales muestras fueron analizadas justamente después de cortadas en el reómetro híbrido Discovery HR-1 para evitar efectos de cambio de los módulos por pérdida de agua o degradación de las muestras. Para ver los efectos de deslizamientos en pruebas oscilatorias descritos por Barnes (Barnes, 2000) y si estas afectaban los módulos en los dulces de goma, se realizó una experimentación inicial para probar esta teoría. Esta consistió en realizar las pruebas oscilatorias con platos lisos de dos de las muestras de las gomitas de gelatina para ver si el resultado era el mismo. Aun así, para evitar cualquier error en las pruebas realizadas se decidió pegar superficies rugosas de papel de lija calibre 120 a los platos lisos que estaban disponibles para el reómetro, con el fin de solucionar el sesgo del deslizamiento. Las pruebas oscilatorias para medir los módulos de pérdida y almacenamiento se realizaron a una temperatura de 25ºC entre un rango de frecuencias de 0.1 a 100 rad/s. Bajo este rango se tomaron 10 datos a diferentes frecuencias equidistantes que mostraban el comportamiento de los módulos de pérdida y almacenamiento a lo largo del incremento de la frecuencia sometida. El reómetro arrojó los módulos en Pascales con error de +/- 0.01 Pa, bajo frecuencias angulares con 6 cifras significativas. Análisis estadístico Por último se aplicaron dos métodos estadísticos; uno para analizar el efecto de la concentración de los gelificantes y la frecuencia angular en los módulos de pérdida y almacenamiento y otro para estimar si había una diferencia significativa o no en el error entre la curva promedio de la gelatina y la curva de los demás tratamientos. El primer análisis se realizó a través de una prueba factorial en donde se probó si los módulos cambiaban mediante el incremento de la concentración de gelificante y de la frecuencia angular, y si haba un efecto de interacción entre estas dos variables. El segundo análisis fue realizado con la ayuda de un ANOVA al 95% y la prueba de Tukey para evaluar si el error porcentual de las diferentes concentraciones de los dulces de goma hechos con agar y alginato, eran diferentes al de la gelatina tomando como base teórica el promedio de los módulos resultantes de la gelatina. De esta manera se realizó un intervalo de confianza para cada lote de dulces de goma hechos a partir de un gelificante y concentración específica. La prueba de Tukey permitió saber cuales tratamientos eran significativamente diferentes del error entre los datos de la gelatina. Resultados Los módulos de la primera prueba para el analisis de si habia deslizamiento entre los platos lisos se hicieron con 2 muestras de grosores diferentes pero obtenidas del mismo lote. El resultado de los módulos fue mayor en la muestra de 1.88 mm de grosor a la de 4.39 mm de grosor. La diferencia aparente fue tan marcada que el módulo de pérdida de 1.88 mm tenia los mismos ordenes de magnitud que el módulo de almacenamiento de 4.39 mm. Por otra parte los módulos de almacenamiento tuvieron hasta una diferencia de 20,000 pascales y el margen de error entre las dos pruebas dio como resultado 52% de diferencia entre las


muestras. El grosor en una prueba idealmente no debería ser una variable que afecte la magnitud de los módulos por lo cual este comportamiento se le atribuye tanto al efecto de deslizamiento como para el error sistemático del reómetro.

Figura 2: Módulos de almacenamiento y pérdida para dos grosores diferentes de gelatina, bajo la oscilación entre 2 platos lisos. Tras el uso y la aplicación de platos con superficies corrugadas estos errores fueron minimizados a un 18% por lo que se demuestra que el uso de platos con superficies corrugadas tiene un efecto positivo en la exactitud de la medición de los módulos. El análisis del efecto de las concentraciones de alginato y agar en los módulos de almacenamiento y pérdida dio un resultado diferente al esperado. Los resultados no mostraron necesariamente que a mayor concentración del gelificante, el resultado fuera un incremento en los módulos de pérdida y almacenamiento. Tal como lo muestra la figura 3, en el caso del agar, el gel al 105% del valor original formulado en los dulces de goma de agar, tuvo un mayor módulo de pérdida que la solución al 110% y 100% de agar. El alginato por su parte demostró tener una tendencia decreciente a medida que aumentaba la concentración del gelificante en los dulces. Por otra parte la figura 4 muestra que el módulo de almacenamiento si demostró tener una tendencia creciente en cuanto al incremento de la concentración de agar mientras que en dulces alginato, se evidenció que la formulación original (100%) tenía un valor mucho mayor que las otras dos concentraciones de alginato de 105% y 110%.


Figura 3: Efectos principales para módulo de pérdida bajo la influencia del porcentaje de a) agar y b) alginato en la formulación

Figura 4: Efectos principales para módulo de almacenamiento bajo la influencia del porcentaje de a) agar y b) alginato en la formulación Paralelamente se evaluó la interacción de las variables analizadas en el experimento previo y se evidenció que solo en el módulo de pérdida del alginato, la concentración de alginato y la frecuencia angular no presentaba un efecto de interacción (p- value: 0.577). De resto, si se evidenció una interacción entre la frecuencia angular y el porcentaje de concentración de cada gelificante en los dulces de goma. La figura 5 muestra las interacciones entre los factores evaluados.

a) b)

a) b)


a)

b)


Figura 5: Interacciones entre la frecuencia angular y los porcentajes de preparación del gelificante en el dulce de goma para a) el módulo de pérdida del alginato b) el módulo de pérdida del agar, c) el módulo de almacenamiento del alginato y d) el módulo de

almacenamiento del agar Los intervalos de confianza mostraron que algunos de los tratamientos para el alginato como el módulo de pérdida del alginato al 100% tenían un orden de

c)

d)


magnitud de diferencia frente al intervalo de confianza de la gelatina. Por otra parte el agar mostro una diferencia de error porcentual mucho más baja, debido a que entre el error de la gelatina y el agar al 105%, solo había un 40% de diferencia tal como se muestra en la figura 6. La prueba de Tukey demostró que ninguno de los tratamientos, al menos frente al error absoluto, era igual a la muestra de la gelatina. La figura 7 demuestra visualmente que módulo de pérdida del alginato al 105% es relativamente el que más se asemeja a la gelatina pero aun asi no es significativamente igual.

Figura 6: Intervalos de confianza al 95% para ANOVA univariado del error de los dulces de goma con referencia a un blanco

(Porcentaje de error de la gelatina) para a) el módulo de almacenamiento del agar, b) el módulo de almacenamiento del alginato, c) el módulo de pérdida del agar y d) el módulo de pérdida del alginato

Ag ar 110%Ag ar 105%Ag ar 100%Gelatina

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

Storage

Mod

ulus Error(%

)

Gráfica de intervalos de Gelatina. Agar 100%. ...95% IC para la media

La desviación estándar agrupada se utilizó para calcular los intervalos.

Alg inato 110%Alg inato 105%Alg inato 100%Gelatina

20

15

10

5

0

Storag

e mod

ulus error (%)

Gráfica de intervalos de Gelatina. Alg inato 100. ...95% IC para la media


Ag ar 110%Ag ar 105%Ag ar 100%Gelatina

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

Loss M

odulus Error (%)

Gráfica de intervalos de Gelatina. Agar 100%. ...95% IC para la media


Alg inato 110%Alg inato 105%Alg inato 100%Gelatina

17,5

15,0

12,5

10,0

7,5

5,0

2,5

0,0

Loss M

odulus Error (%)

Gráfica de intervalos de Gelatina. Alg inato 100. ...95% IC para la media


a) b)

c) d)


a)

b)


Figura 7: Intervalos de confianza al 95% para la prueba de Tukey del error de los dulces de goma para a) el módulo de almacenamiento

del agar, b) el módulo de almacenamiento del alginato, c) el módulo de pérdida del agar y d) el módulo de pérdida del alginato

c)

d)


Discusión Al analizar las muestras de gelatina en los platos lisos, es claro que el efecto de deslizamiento es evidente, debido a la gran diferencia entre los resultados obtenidos para las dos pruebas, lo que comprobó que los dulces de goma no están exentos del efecto de deslizamiento. Es posible entonces ratificar que el uso del papel de lija resultó benéfico para estudio y redujo el error en la experimentación. Los ordenes de magnitud entre los grosores examinados pudieron haber sido tan diferentes porque es posible que la estructura del gel de 4 milimetros se rompiera o deformara al entrar en el gap de análisis que tiene el reómetro de 1 mm. De esta manera también es posible evidenciar que el tamaño del gap que hay entre los dos platos también podría afectar los resultados de las pruebas. Aun así, es claro que los datos muestran coherencia ya que el módulo de almacenamiento siempre es mayor al módulo de pérdida, lo cual solo sucede en un gel posterior a su gelificación (Rao, 2014). También es claro identificar que los geles analizados suelen comportarse de una manera muy similar a la reportada en la literatura en la cual, a mayores frecuencias, los módulos tienden a estabilizarse (Rao, 2014). Por otra parte, las diferentes concentraciones de los gelificantes en los dulces de goma arrojaron resultados diferentes a los que se esperaban. Aunque mucha de la literatura reporta que la viscoelasticidad aumenta conforme al incremento de concentración del gelificante en la solución, puede que en el caso estudiado se haya alcanzado un punto de saturación del gelificante, en el cual el aumentar la concentración no incurre directamente en el aumento de los módulos. Por lo contrario, es posible pensar que a estas concentraciones, la gelificación puede verse obstruida por la saturación de partículas de soluto, ya que se requeriría una mayor cantidad de energía para su polimerización completa. Esto puede ser especialmente cierto para el agar, ya que se observó que su punto de ebullición era mucho menor conforme a que la solución tenia más solutos, es decir que la energía absorbida por la solución era menor, y no la suficiente como para llegar de manera estable a su temperatura de polimerización. De esta manera, aunque haya el suficiente gelificante para hacer geles más fuertes, es posible que la polimerización sea más lenta y requiera de mucha más cantidad de calor. La disminución del valor de los módulos conforme al incremento de la concentración de gelificante para los dulces de goma de alginato puede ser resultado no tanto de la concentración del gelificante, si no de otros factores adyacentes a la prueba. Por ejemplo, es necesario evidenciar que en parte, el alginato tiende a comportarse como un hidrogel, es decir que si se encuentra en un medio con abundante agua, este tiende a hincharse y cambiar sus propiedades reológicas (Lee & Mooney, 2012). De esta manera un dulce de goma con altas concentraciones de glucosa y alginato, presentaría potenciales osmóticos significativos que causarían una migración de agua hacia adentro de la estructura polimérica formada. Así, tanto sus módulos de almacenamiento como de pérdida disminuirían como una respuesta al cambio estructural dentro del dulce de goma.


Sin embargo este fue un resultado no esperado y por ende diversidad de factores aleatorios pudieron estar involucrados . La interacción entre las concentraciones del gelificante y la frecuencia angular a la que se sometió el dulce de goma fue un resultado esperado y conforme con la literatura (Rao, 2014). Esto se debe a que un gel sometido a una velocidad mayor va a reaccionar diferentemente según su concentración de gelificante, asumiendo que en condiciones normales la concentración del gelificante es proporcional a la magnitud de los módulos. La prueba de Tukey fue contundente para evidenciar que ninguno de los tratamientos llegó a ser estadísticamente similar al de la gelatina en los módulos de pérdida y almacenamiento. Esto se puede analizar de varias formas. En primera instancia el hecho de que el aumento de concentración no haya resultado en todos los casos en el aumento de los módulos G’ y G’’ hace que este estudio sea incapaz de predecir una concentración específica de agar o alginato en la que el G’ o el G’’ sean similares a los dulces de goma a base de gelatina. Por otra parte el comportamiento intrínseco de los dulces de goma de agar y alginato resultó ser incapaz de imitar el comportamiento de la gelatina. Esto se evidencia específicamente en la diferencia entre los módulos G’ y G’’. Se considera que cuando la diferencia entre estos dos módulos es mayor a un orden de magnitud, el gel resultante se denomina un gel fuerte mientras que por lo contrario, cuando el resultado es menor a un orden de magnitud se denomina un gel débil (Ross-Murphy & Shatwell, 1993). Por ejemplo el promedio entre la diferencia del dulce de goma de agar al 105% fue de 29,500 Pa y el del alginato al 100% de 38,800 Pa, mientras que el de la gelatina fue alrededor de 18900 Pa. La diferencia entre el agar o el alginato es al menos 10,000 pascales mayor que la diferencia de la gelatina, como se puede ver. Según los datos anteriores es posible pensar que sería mucho más probable que la gelatina fuese un gel débil y el agar y alginato, geles fuertes. De este modo, aunque se pudiese ajustar uno de los módulos de los dulces de goma de agar o alginato al comportamiento de los de gelatina es muy probable que el módulo restante no termine ajustándose. La figura 8 muestra de manera demostrativa las diferencias en perspectiva entre los módulos G’ y G’’ tanto en la gelatina como en los dulces de goma a base de agar y alginato.


Figura 8: Módulos de pérdida y almacenamiento para dulces de goma de gelatina, agar al 105% y alginato al 100% con sus respectivas diferencias entre módulos. Las limitaciones de este estudio radican en que las implicaciones habladas anteriormente carecen de una verificación de paneles de alimento. A nivel sensorial puede que el módulo de almacenamiento sea más importante en su contextura que el módulo de pérdida o viceversa, para lo cual debería hacerse, en estudios póstumos, la evaluación sensorial de los dulces de goma. Es también necesario entender que se desconoce cual es el cambio mínimo en pascales que el tacto de la boca y dientes puede percibir, para así entender cual es el rango de error en los módulos G’ y G’’ aceptable que debería manejarse en este tipo de dulces. También es necesario entender que posiblemente, haciendo combinaciones de geles y gomas que actúan como espesantes, la diferencia entre los módulos de los dulces de goma de alginato y agar podrían cambiar favorablemente su comportamiento hacía parecerse más a los de gelatina. Por ejemplo se ha evidenciado que el agar sube sus módulos de pérdida y almacenamiento cuando esta en solución con la goma de algarroba (FAO, 2016). Conclusión Es claro que las características reológicas de los geles, especialmente en los dulces de goma, generalmente resultan ser intrínsecas y poco reproducibles con sustitutos. Aun así, tratándose del diseño de productos, los estudios hechos exploran una gama de nuevas posibilidades que en parte podrían considerarse

1000

10000

100000

1000000

0,1 1 10 100

Modulos de pérdida y almacenam

iento (Pa)

Frecuencia rad/s

Gelatina Pérdida

Gelatina Almacenamiento

Agar Pérdida 105%

Agar Almacenamiento 105%

Alginato Pérdida 100%

Alginato Almacenamiento 100%

Dif: 38,800 Pa

Dif: 29,500 Pa

Dif: 18,900 Pa


como dulces de goma de la próxima generación. No es desconocido para el consumidor, que el hecho de comer dulces sin azúcar puede resultar en una experiencia sensorial muy distinta a comer dulces convencionales, por lo que un dulce de goma de 0 calorías debería imitar lo más posible al original mas no ser realmente idéntico. El hecho de haber propuesto dulces de goma de bajo contenido calórico y 0 azúcar, constituye un avance importante para la industria confitera y, junto con la emergente concientización sobre los problemas dietarios, es una alternativa interesante a nivel económico y de salud. Aun falta realizar estudios sobre diversas combinaciones y concentraciones de gomas y gelificantes, para finalmente dar con el dulce de goma ideal. También es necesario hacer uso de paneles sensoriales para definir la respuesta del consumidor hacia el producto terminado. No obstante, dejando a un lado lo que hace falta por investigar, es posible que los dulces de goma hechos a base de diferentes gelificantes no calóricos, puedan ser una buena alternativa para una nueva gama de dulces saludables en el futuro.

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FAO. (1 de 03 de 2016). Food and Agriculture organization of the United Nations . Obtenido de Food and Agriculture organization of the United Nations : http://www.fao.org/3/a-‐x5822e/x5822e03.htm USDA. (s.f.). United States Department of Agriculture Agricultural Research Service. Recuperado el 1 de 03 de 2016, de National Nutrient Database for Standard Reference Release 27: https://ndb.nal.usda.gov/ndb/foods/show/6205?manu=&fgcd= Lee, K. Y., & Mooney, D. J. (2012). Alginate: Properties and biomedical applications.

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Ross-‐Murphy, S. B., & Shatwell, K. P. (1993). Polysaccharide strong and weak gels. Biorheology, 30(3-‐4), 217—227. Retrieved from http://europepmc.org/abstract/MED/8286724

diseño experimental para la formulación de dulces de goma

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