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12 Mundo Lcteo y Crnico Noviembre/Diciembre 2006 [email protected]

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Introduccin estructura y estabilidad en los alimentos son comu-nes, aquellos enfocados a optimizar la calidad senso-rial basados en micro-estructura, donde la textura esla manifestacin de la micro-estructura, son escasos(Hamer, 2006).

El estudio de micro-estructura ha sido del dominiodel fsico en alimentos, quien trabaja con tcnicas comola microscopa, reologa, difraccin de luz, calorimetra,etc. Sin embargo, el desarrollo de la fsica de los ali-mentos no est a la altura de otras como la qumica,ingeniera o microbiologa de alimentos. Es pues nece-sario, promover el desarrollo de esta rama por lo queesta contribucin est enfocada al diseo de estructuraen emulsiones batidas (como la crema batida y el hela-do). Los ingredientes y procesos que afectan su estruc-tura sern revisados con nfasis en la optimizacin deesta ltima para mejorar la estabilidad y calidad de di-chos productos.

La Crema BatidaLas cremas batidas pueden o no ser hechas con

ingredientes lcteos. Su manufactura es la misma (ge-neralmente consiste de dos etapas), pero los ingre-dientes varan. Se prepara la emulsin, mediante lahomogenizacin de la fase grasa en una solucin quecontenga suficiente emulsificante para crear una

Diseo de Microestructuraen Crema BatidaLos ingredientes y procesos queafectan la estructura de lasemulsiones batidas sern revisadoscon nfasis en la optimizacin deesta ltima para mejorar laestabilidad y calidad de dichosproductos.

E l diseo de estructura en alimentos implica queuno puede manipular ingredientes o procesosalimenticios de tal manera, que se consiga

Dr. Csar Vega Morales

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obtener una estructura pre-concebida. Esto repre-senta la transicin del entendimiento al control. Mien-tras estudios de las relaciones causales entre la micro-

Figura 1. Perfil de slidos grasos con respecto a la temperaturapara diferentes Fuentes de grasa comnmente utilizadas en lamanufactura de helados y cremas batidas. (Adaptado de Marshallet al., 2004).

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emulsin estable (y a una temperatura tal que ase-gure el estado lquido de la grasa). La homogenizacin(con presiones de entre 10-30 MPa dependiendo delcontenido de grasa) crea glbulos grasos de tamaoentre 0.5-2.0 m. La fuente de grasa debe proveersuficiente material cristalino a la temperatura de ba-tido (5-10C), lo cual implica un alto contenido detriglicridos saturados. Dichos cristales son esencia-les para crear estructura durante el batido (Boodeand Walstra, 1993) (a travs de un mecanismo cono-cido como coalescencia parcial ver ms adelante).De aqu que las grasas tpicamente utilizadas para laelaboracin de cremas batidas y helados incluyen:

grasa butrica, aceites de coco o palma, aceites ve-getales parcial o totalmente hidrogenados y sus mez-clas. Sin importar cual sea la grasa utilizada, se debetener en mente el perfil de slidos grasos con res-pecto a la temperatura (Figura 1), ya que si la grasatiene alto punto de fusin, la crema puede resultardemasiado dura a la temperatura de batido (lo cualafecta negativamente la incorporacin de aire) y alser consumida, dejar residuos de grasa no derretidaen el paladar (los cuales son muy desagradables).

Durante la homogenizacin, las protenas debencubrir la superficie de los nuevos glbulos formadospara poder proveer de estabilidad a la emulsin. Sinembargo, dicha membrana no deber muy gruesa puesde lo contrario se impedira la estructuracin del sis-tema. El caseinato de sodio, por ejemplo, forma mem-branas muy resistentes (y muy delgadas) a la agita-cin an a concentraciones ms bajas que los aisla-dos de protena de leche (Davies et al., 2000, Vegaet al., 2005,2006). De ah que los emulsificantesde bajo peso molecular son usados para desplazar alas protenas de la membrana del glbulo graso, ha-ciendo a este ltimo ms susceptible a la coalescenciaparcial durante el batido (Pelan et al., 1997; Davieset al., 2001).

En el caso de la crema natural para batir, el gl-bulo graso est rodeado de la membrana nativa. Suprocesado (pasteurizacin y/o homogenizacin a bajapresin) y adicin de ingredientes (polisacridos paraincrementar viscosidad y emulsificante para promo-ver coalescencia parcial y el aireado), modifican lacrema para su posterior batido. La membrana nativadel glbulo graso facilita la estructuracin de la cre-ma durante el batido, por ello la homogenizacin noes comn. Si la crema se homogeniza, entonces laadicin de monoglicridos es necesaria.

Durante el batido, la fase gaseosa, tpicamenteaire, es incorporada a travs de accin mecnica enforma de burbujas. Para la creacin de una cremabatida (espuma) estable se requiere suficientesurfactante para permitir el aireado. Una vez que elaire se incorpora, la constante agitacin rompe lasburbujas presentes en burbujas de tamao ms pe-queo, lo que genera un rea superficial muy ampliacon una fraccin volumen de gas que incrementa amedida que la agitacin continua (Figura 2). La for-macin de burbujas pequeas es a expensas de lafase acuosa mayor nmero de burbujas formalamelas (la piel de las burbujas) muy delgadas, lo

Figura 2. Desarrollo del overrun o crecida medido directa() o indirectamente (r) (despus de 10 s de finalizar el bati-do); prdida de suero o escurrimiento (p); ndice de agrega-cin de los glbulos grasos (); y de la firmeza de la espuma() con respecto al tiempo de batido (van Aken, 2001). Repro-ducido con permiso de Elsevier.

Foto: Gala Instrumente


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cual se traduce en mayor estabilidad de la espuma.La estabilidad de la fase acuosa influye positivamen-te la retencin del aire, reduce la velocidad de la pr-dida del suero de entre las lamelas y convierte laemulsin, antes lquida, en una espuma viscoelstica.Esto ocurre gracias a que la grasa ha parcialmentecoalescido y ha formado una red tridimensional(Boode and Walstra, 1993; Goff, 1997a).

La fraccin volumen de emulsiones (cremas) ba-tidas, conocida como overrun o crecida, es elincremento en volumen con relacin al volumen ori-ginal de la emulsin. En cremas batidas, el overrunes generalmente del 120%, mientras que en cremabatida en aerosol el overrun puede llegar a ser hastadel 600% (Allen et al., 2006).

Cuando una emulsin aceite-en-agua es some-tida a la agitacin, la membrana de dos glbulosque colisionan se rompe, la grasa lquida fluye y sefunde para crear un glbulo de mayores dimensio-nes. Este se conoce como coalescencia. Si por elcontrario, existen cristales en la fase grasa, lacoalescencia puede ser incompleta. Esto lleva a laformacin de agregados de glbulos irregulares queasemejan collares de perlas entrelazados en el es-pacio. Este proceso es conocido como coalescenciaparcial. Debido a la forma irregular de los agrega-dos de grasa y al grado semi-cristalino de la misma,la viscosidad del sistema se incrementa. La agita-cin contina hasta que la red tridimensional es for-mada a travs de todo el volumen del sistema. Sinembargo, si la agitacin es excesiva, se pueden crearpedazos de mantequilla y. desestabilizar la espu-ma (prdida de aire).

Como se mencion anteriormente, aunque esnecesario que la emulsin madre sea establedurante el almacenamiento, la interfase grasadebe ser suficientemente delgada y/o dbil parapermitir la coalescencia parcial durante el batido.Esta es la funcin principal de los emulsificantesaadidos a la crema para batir. Los mono- ydiglicridos (mdg) insaturados son ms efectivosen este aspecto que aquellos saturados, pero losmdg saturados promueven mejor la cristalizacinde la grasa lo que a su vez promueve lacoalescencia parcial (Goff and Jordan, 1989;Berger, 1997).

As pues, la estructura de la crema batida sepuede visualizar de la siguiente manera: (a) gotasde grasa, cubiertas por una membrana que hasido diseada para ser sensible a la coalescenciaparcial; (b) burbujas de aire que estn rodeadaspor una interfase de glbulos grasos adsorbidoslos cuales las estabilizan/protegen contra el creci-miento y ruptura; (c) agregados de grasa querodean (de maneras fsica y adsorbida) y queestabilizan la espuma y; (d) una fase acuosa queest distribuida en forma de lamelas que rodeantambin a las burbujas de aire (Figura 3). Entrems pequeas sean las burbujas, ms interfaseaire/agua para una fraccin volumen de aire cons-tante; por ende, lamelas ms delgadas se formany la espuma es ms estable a colapsarse. Algunasgomas (algarrobo, guar) pueden ser usadas paraincrementar la viscosidad de la fase acuosa y re-ducir el potencial de escurrimiento de la espuma.

Figura 3. Una ilustracin tridimensional de la estructura de lacrema batida que muestra las burbujas de aire, glbulos grasosparcialmente coalescidos que han sido absorbidos en la superfi-cie de las burbujas y que se extienden dentro de la fase acuosapara proveer de estructura al producto. Los cristales de grasasostienen a los agregados de glbulos en su lugar y las micelasde casena se encuentran adsorbidas a algunos glbulos grasosy distribuidas en la fase acuosa.

Foto: Gala Instrumente


Las condiciones de proceso antes del batido afec-tan tambin las propiedades estructurales del pro-ducto final. Por ejemplo, las cremas homogenizadas yrecombinadas necesitan mayor tiempo de batido quela crema natural (Schmidt and van Hooydonk, 1980).Cremas tratadas trmicamente a altas temperaturas porcorto tiempo, en presencia de estabilizantes(emulsificantes y gomas) muestran una micro-estruc-tura ms estable durante el aejado (24h) comparadascon aquellas tratadas por UHT. Las diferencias han sidoatribuidas a que las cremas HTST formaron espumasmas elsticas y menos frgiles, lo cual fue ratificado porla presencia de burbujas redondas e intactas en com-paracin con burbujas distorsionadas en las cremas UHT(Smith et al., 2000a,b).

La coalescencia parcial tambin puede ser con-trolada mediante la alteracin del contenido de gra-sa slida o por manipulacin de la orientacin de loscristales de grasa con respecto a la superficie de lasgotas de grasa (van Aken, 2001). Esto se puede lo-grar mediante el temperado de la emulsin (derreti-miento parcial de la masa cristalina, seguido por en-friamiento) o a travs de la adicin de mdg satura-

dos, respectivamente. Lo anterior convierte la cre-ma fluida en un material altamente viscoso (o hastaslido) (Boode et al., 1993). Drelon et al. (2006)documentaron que las cremas temperadas a 25Cpor 5 minutos (con velocidad de calentamiento/enfriamiento de 1C/min) mostraron ser de 3 a 4veces mas rgidas que el control. Un segundo ciclode temperado no incremento la rigidez del sistema.El incremento de la fraccin de grasa del 25 al 38%tambin reforz la estructura de la crema batida.

La bsqueda de productos con menor conteni-do de grasas saturadas ha impulsado la sustitucinparcial o total de las mismas por otras insaturadas,lo cual repercute directamente en la susceptibili-dad del sistema a la coalescencia parcial. Una de lasalternativas ha sido la gradual acidificacin de unacrema recombinada compuesta de aceite vegetal yestabilizada con caseinato de sodio mediante la adi-cin glucono-d-lactona. La acidificacin, paralela a laincorporacin de aire, estabiliza las burbujas una vezque el sistema alcanza un pH alrededor del 5.0 (muycercano al punto isoelctrico de la casena) (Allen etal., 2006) Una alternativa ms es la que estamos


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probando en la Universidad de Guelph en Canad.Esta consiste en elaborar dos mezclas para heladocon idntica composicin pero una de ellas contie-ne un aceite y la otra una grasa semi-slida (vege-tal o lctea) a temperatura ambiente. La segundamezcla tambin contiene emulsificantes que reem-plazarn a las protenas en la membrana del glbulograso para favorecer la coalescencia parcial. La fa-bricacin de helado, a partir de la combinacin dedichas mezclas en diferentes proporciones, nos darinformacin ms especfica y detallada acerca de loslmites con los que se pueden disear cremas o he-lados con mxima funcionalidad.

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