Influencia del procesado térmico y de alta presión (hhp) sobre la reología de geles de yema de huevo

Resumen

El huevo es uno de los mayores ingredientes multifuncionales usados en la elaboración de productos alimenticios. Así, los componentes del huevo son bien conocidos por sus propiedades espumantes, emulgentes y gelificantes, siendo las proteínas del huevo la fracción principal en la determinación de las propiedades funcionales de una gran variedad de dichos productos. La yema de huevo es un ingrediente esencial en emulsiones alimentarias (como mayonesas, salsas y cremas), espumas (como es el caso de los productos de panadería), tortillas, pastas y geles. Las condiciones del medio (pH, fuerza iónica, competición con otras sustancias químicas) y el procesado físico (mediante el calentamiento, la congelación, el secado, y la presión) pueden alterar y modular esas propiedades funcionales en gran medida (Antón, 2007). El objetivo de esta tesis doctoral es estudiar la influencia de dos procesados físicos, el tratamiento térmico y la alta presión hidrostática (HHP) sobre la reología de los geles formados a partir de la yema de huevo de gallina. El presente trabajo se divide en siete capítulos principales, siendo el primero de ellos una introducción donde se presentan los aspectos más relevantes sobre la yema de huevo, su composición e importancia nutricional, económica y funcional. Igualmente, se aborda un análisis sobre la posible modificación de sus propiedades funcionales mediante el procesado y los cambios producidos en el medio (pH, especie aniónica del acidulante, o la presencia de un polisacárido). El capítulo 2 recoge una revisión bibliográfica de los principales aspectos relacionados con la presente tesis, incluyendo conocimientos generales sobre proteínas, información relevante sobre la composición y estructura de la yema de huevo, y conceptos generales sobre reología. En el capítulo 3 se estudia la influencia del pH sobre la reología de la yema de huevo ya que su modificación puede conducir a cambios conformacionales muy importantes en las proteínas que la integran. Además, el tipo de anión presente en el ácido empleado puede modificar el comportamiento de las dispersiones de yema de huevo, lo que se conoce como efecto Hofmeister. Por tanto, el objetivo de este capítulo no es sólo analizar la influencia del pH sobre la yema de huevo, sino también determinar la contribución de cada uno de los aniones presentes en los tres ácidos estudiados (clorhídrico, cítrico, y fosfórico). En el capítulo 4 se aborda el estudio de la gelificación térmica de las dispersiones de yema de huevo a diferentes valores de pH mediante el análisis de la evolución de sus propiedades viscoelásticas con el ciclo térmico aplicado. Además, en este capítulo se analiza el papel de cada uno de los aniones aportado por los ácidos empleados (clorhídirico, cítrico y fosfórico) sobre su gelificación térmica. El capítulo 5 analiza el proceso de gelificación de la yema de huevo mediante alta presión hidrostática (HHP). Este proceso ha recibido en los últimos años gran atención entre los científicos y tecnólogos de alimentos a causa de su potencial como nuevo método para la preservación de alimentos debido a su capacidad para inactivar microorganismos con una mínima pérdida de la calidad organoléptica y nutricional. La aplicación de alta presión hidrostática sobre el huevo líquido posee algunas ventajas sobre el huevo pasteurizado. Así pues, el procesado HHP puede modificar las propiedades funcionales de la yema de huevo preservando las características sensoriales y nutricionales del producto fresco, además de aportar una fuente de proteínas económica y baja en calorías, mínimamente procesada, libre de aditivos y microbiológicamente segura, y de reducir la posibilidad de contaminación tras el procesado. Por tanto, el capítulo 5 se centra en el estudio de la influencia de la aplicación de HHP sobre las propiedades viscoelásticas de la yema de huevo, en función de la presión de procesado. Este estudio se lleva a cabo mediante ensayos de cizalla oscilatoria de pequeña amplitud (SAOS) y calorimetría diferencial de barrido (DSC), determinando el punto de gelificación tras la aplicación del criterio de Chambón-Winter (1987). También se estudia en este capítulo la influencia del pH y de la concentración sobre la gelificación de la yema de huevo mediante HHP. En el capítulo 6 se estudia el efecto del pH y de la concentración de polisacárido sobre las propiedades viscoelásticas de los sistemas yema de huevo/¿-Carragenato (EY/¿C) mediante SAOS. En este capítulo, también se aborda el estudio de la evolución de las propiedades viscoelásticas durante el tratamiento térmico aplicado a los sistemas EY/¿C a fin de obtener información sobre la microestructura de los geles formados y sus propiedades texturales. Finalmente, el capítulo 7 recoge las principales conclusiones de la tesis que pueden resumirse de la siguiente forma: ¿ La reducción del pH de la yema de huevo conduce siempre a un aumento de sus propiedades viscoelásticas que depende tanto del valor del pH alcanzado como del tipo de ácido empleado. Así la adición de ácido clorhídrico o cítrico produce cambios importantes que conducen a la formación de un gel a pH 2. Sin embargo, al emplear ácido fosfórico no se forma este gel, lo que sugiere cierto efecto inhibidor de interacciones entre segmentos proteicos por parte del anión dihidrogenofosfato. ¿ La aplicación del tratamiento térmico produce generalmente un reforzamiento estructural neto que presenta una fuerte dependencia del pH. A pH nativo, próximo al pI, se produce un descenso inicial de propiedades viscoelásticas seguido de un efecto de gran crecimiento de ambos módulos que puede asociarse a fenómenos físicos (formación de agregados) y químicos (entrecruzamientos de segmentos proteicos). Sin embargo, a pH ácido, suficientemente alejado del pI, la presencia de repulsiones electrostáticas entre las superficies proteicas limita ambos fenómenos. La etapa de enfriamiento induce efectos opuestos dependiendo del pH. Así, a pH moderado se produce un reforzamiento característico de la recuperación de interacciones físicas, como los puentes de hidrógeno. En cambio, cuando las repulsiones electrostáticas son importantes (a pH 2 y 3 con clorhídrico o cítrico) el cambio conformacional inducido por el tratamiento térmico interfiere en la generación de interacciones físicas durante el enfriamiento, lo que conlleva una disminución del modulo elástico. ¿ El tipo de anión del ácido empleado también puede condicionar el comportamiento descrito. Así, el tratamiento térmico realizado a pH 2 con ácido clorhídrico, lejos de reforzar la estructura del sistema, produce un debilitamiento neto de la misma. El comportamiento del ácido fosfórico refleja de nuevo la tendencia a la formación de complejos fosfoproteicos que inhibirían las repulsiones electrostáticas, a medida que aumenta la carga superficial positiva de la proteína, pero que resultan demasiado débiles para soportar el tratamiento aplicado. ¿ El procesado HHP produce notables modificaciones en las propiedades viscoelásticas de la yema de huevo. Así, dependiendo de la presión aplicada puede producir desnaturalización proteica, agregación favorecida por la hidrofobicidad superficial y formación de un gel (a partir de un valor crítico de unos 410 MPa). El exponente crítico obtenido para el gel crítico inducido por presión es 0,26, muy inferior al inducido térmicamente (0,56) lo cual refleja el mayor carácter aleatorio impartido por el procesado HHP, confirmado además por microscopía electrónica de barrido. Además, el efecto del procesado HHP depende en gran medida tanto de la concentración de proteína, lo que confirma la naturaleza hidrofóbica de la agregación inducida por presión, como del pH, ya que modifica el balance entre interacciones electrostáticas e hidrofóbicas. ¿ Las dispersiones de yema y ¿-carragenato (EY/¿C) pueden presentar hasta tres regiones del espectro mecánico: (i) La región terminal, que se obtiene a baja concentración de ¿C independientemente del valor del pH; (ii) La región plateau, observada a baja frecuencia a partir del 0,3% de ¿C y que se intensifica al reducir el pH conduciendo incluso a la formación de un gel, lo cual sugiere cierto grado de compatibilidad entre ambos biopolímeros; (iii) El comienzo de la zona de transición a elevada frecuencia y concentración de ¿C, especialmente cerca del punto isoeléctrico. ¿ El procesado térmico de dispersiones EY/¿C conduce a la formación de microestructuras en las que el factor dominante es la capacidad de las proteínas para formar geles a través de interacciones hidrofóbicas y entrecruzamientos entre segmentos proteicos. El papel del ¿C puede ser explicado en términos de un efecto de exclusión de volumen entre las macromoléculas de proteína y polisacárido que parece ser más importante cuando la superficie de las proteínas de la yema se encuentran exentas de cargas. En cambio, lejos del pI se produce cierta mejora del grado de compatibilidad de ambos biopolímeros, además de un efecto de autohidrólisis típico de las moléculas de ¿C a bajos valores de pH. COMPENDIUM A tenor de los resultados obtenidos podemos afirmar que es posible aumentar las propiedades reológicas de la yema de huevo de gallina mediante el aumento de temperatura, la aplicación de alta presión hidrostática (HHP), la reducción del pH, la selección del tipo de ácido empleado para ello, o la adición de un polisacárido como el k-carragenato. También es posible la formación de geles de yema a partir de de ciertos valores críticos de las tres primeras variables. Sin embargo, se ha podido comprobar que estas variables son interdependientes. Así, la formación del gel mediante procesado térmico de la yema puede ser anticipada reduciendo el valor del pH o aumentando la presión. Por el contrario, la adición de k-carragenato provoca un efecto inhibidor en la formación del gel. En cualquier caso, las propiedades reológicas del gel al final del tratamiento térmico resultan muy similares independientemente de la presión aplicada, el pH del medio, el tipo de ácido utilizado, y del contenido de k-carragenato. Cada una de las variables estudiadas puede presentar algunas diferencias en cuanto al mecanismo de gelificación de la yema de huevo con respecto al modelo clásico propuesto para la gelificación térmica a pH nativo, que comprende, entre otras etapas, la formación de agregados aleatorios y de entrecruzamiento de segmentos proteicos. La reducción del pH conlleva la contribución de interacciones electrostáticas que afectan principalmente a la etapa de agregación, favoreciendo la formación de agregados lineales que, en determinadas condiciones de pH y según el tipo de ácido, conducen a la formación del gel. La aplicación de alta presión hidrostática confiere un papel predominante a las interacciones hidrofóbicas, que conducen a la formación de geles más heterogéneos. Sin embargo, el incremento de interacciones electrostáticas puede llegar a inhibir la formación de estos geles. La adición de k-carragenato conlleva un efecto de exclusión de volumen entre las macromoléculas de proteína y polisacárido que parece ser más importante en ausencia de cargas superficiales. Este efecto se manifiesta principalmente en las primeras etapas del tratamiento térmico retardando la gelificación, pero sin que el mecanismo se vea afectado sustancialmente. Los resultados obtenidos en este estudio pueden contribuir de forma significativa al diseño de nuevos productos basados en el uso de la yema de huevo como componente principal. Así, la obtención de la microestructura y de las propiedades reológicas específicas que conduzcan a la textura deseada puede conseguirse mediante la selección de las condiciones adecuadas de procesado térmico, presión, pH, tipo de ácido utilizado y contenido en k-carragenato.