Estudio Reológico y Microestructural de emulsiones y geles de concentrados protéicos de cangrejo

Resumen

La industria agroalimentaria genera una gran cantidad de subproductos y residuos que ocasionan un indeseable impacto medioambiental. Una forma de paliar dicho impacto consiste en explorar las propiedades funcionales de concentrados proteicos generados por estas industrias que permitan su aplicación en diversos productos alimentarios presentados en forma de emulsiones o geles. Entre estos productos pueden mencionarse emulsiones tipo mayonesa o salsas finas, geles tipo surimi o una gran variedad de alimentos texturizados. Este planteamiento permitiría una revalorización de algunos de estos subproductos infrautilizados, que incluso podría desembocar en la obtención de productos de gran valor añadido como alimentos funcionales (Spinelli y col., 1975; Finch, 1977). Los alimentos funcionales son aquellos que exigen explícita o implícitamente mejorar la salud y el bienestar. Estos alimentos e ingredientes se encuentran perfectamente implantados en EEUU y en Japón, donde tuvieron su origen, habiendo incrementado su presencia en Europa a ritmo acelerado. Los crustáceos constituyen una excelente fuente de proteínas rica en aminoácidos esenciales, con alto contenido en ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) de las series omega-3 y omega-6, y con otros ingredientes funcionales como la astaxantina que presenta un alto valor antioxidante. La capacidad antioxidante de la astaxantina es superior al de otras sustancias tan importantes como el beta-caroteno o la vitamina E (Miki, 1991). En las Marismas del Guadalquivir existe una población elevada de un crustáceo originario del estado de Louisiana (EEUU), el cangrejo rojo (Procambarus clarkii), que fue introducido en esta región a principios de los años setenta (Cano y Ocete, 2000). Esta especie ha experimentado un crecimiento muy rápido gracias a un entorno favorable, dando lugar al desarrollo de una industria especializada en la elaboración y comercialización de este tipo de productos. En la actualidad, la producción industrial es del orden de 50.000 t/año, de las cuales un 45% se exporta a países europeos (Suecia y Noruega principalmente) y EEUU. Sin embargo, existen importantes excedentes que presentan un fuerte carácter estacional, relacionado con el crecimiento y desarrollo del cangrejo. La capacidad potencial de las proteinas de cangrejo como ingrediente funcional en productos alimentarios ha sido investigada recientemente (Cremades 2004). La harina de cangrejo (CF), que contiene aproximadamente un 65 % de proteínas y un 19% de lípidos, es un subproducto que se obtiene a partir de los excedentes de la industria cangrejera. Sin embargo, en la actualidad presenta una rentabilidad limitada debido a los grandes costes energéticos derivados de su proceso de fabricación y a su infravaloración ya que su principal aplicación hasta la fecha es la de alimento para otros animales (alimentos para mascotas, piscifactorías, etc.). El principal problema de su aplicación en otros productos de mayor valor añadido radica esencialmente en la desnaturalización de las proteínas durante su proceso de fabricación que reduce sus propiedades funcionales (por ejemplo en operaciones de emulsificación). Por lo tanto, resulta de gran importancia optimizar las condiciones de aplicación de este producto (en cuanto a composición y condiciones de procesados) para mejorar sus aplicaciones alimentarias y evitar su desestabilización física y microbiológica. El presente estudio plantea explorar dos propiedades funcionales de la harina de cangrejo para su utilización como emulsionante alimentario y como agente activo para la formación de geles, con la finalidad de establecer su aplicación potencial en productos comerciales que permitan su revalorización. Se ha considerado que el aporte lipídico de la harina no modifica esencialmente la contribución de la fase dispersa a las propiedades fisicoquímicas de las emulsiones por lo que estas han sido estudiadas utilizando harina cangrejo como único emulsionante. Sin embargo, para el estudio de geles se ha llevado a cabo un proceso de obtención de aislado de cangrejo (CFPI) que ha consistido en una etapa de solubilización alcalina y otra de precipitación isoeléctrica, con la finalidad de centrar este estudio en el papel de las proteínas, evitando la posible interacción de los lípidos en la formación del gel. Previamente es necesario abordar una caracterización adecuada de ambos derivados proteicos (CF y CFPI) que son los que se van a utilizar en este estudio. Esta caracterización ha incluido un estudio de solubilidad, punto isoeléctrico y electroforesis de las proteínas de cangrejo, reología de dispersiones de harina y aislado y un análisis de las propiedades interfaciales (aire-agua y aceite-agua) de estas proteínas. Así, uno de los objetivos principales del presente trabajo consiste en evaluar el potencial de la harina de cangrejo rojo como emulsionante para la obtención de emulsiones concentradas de aceite en agua tipo mayonesa y salsas finas. Para ello, es preciso establecer en primer lugar las condiciones de composición y procesado más favorables que permitan obtener emulsiones estables a través de una caracterización reológica y de parámetros microestructurales. La caracterización de las propiedades reológicas se ha centrado exclusivamente en la determinación de las propiedades viscoelásticas lineales, en tanto que las características microestructurales han sido evaluadas a través de la distribución de tamaños de gota y, de forma cualitativa, mediante medidas de microscopía confocal de barrido. Para ello, se ha encontrado crítico el valor de pH seleccionado para llevar a cabo el proceso de emulsificación. Así, debido a la imposibilidad de obtener emulsiones estables en un intervalo de pH de aplicación alimentaria, se ha optado en el presente trabajo por desarrollar un proceso de emulsificación alternativo mediante un procedimiento indirecto. El procedimiento consiste en una etapa de preparación de la emulsión a pH elevado, en condiciones en las que el proceso de estabilización de la interfase aceite-agua está favorecido y una segunda etapa de reducción del pH hasta un valor intermedio (dentro del intervalo alimentario) una vez que la proteína se ha desplegado sobre la superficie de las gotas. Además, como tratamiento complementario y posterior a la preparación de las emulsiones, se han estudiado los efectos de una etapa de procesado térmico sobre las propiedades reológicas, microestructura y estabilidad de las mismas, mejorando esta última incluso en las condiciones más adversas. Independientemente de que se hayan conseguido muy buenos resultados de estabilidad en emulsiones concentradas aceite/agua formuladas con harina de cangrejo como único emulsionante, especialmente en condiciones de pH elevado, deberían barajarse en un futuro otras opciones para mejorar sus propiedades funcionales como emulsionante alimentario, bien tratando de mejorar el método de extracción de la harina, o bien controlando las posibles modificaciones que se le apliquen a la misma como puede ser la obtención de hidrolizados de proteínas (Petursson y col., 2004). Otro de los objetivos principales que se plantea es aprovechar el alto contenido de proteínas miofibrilares de los derivados proteicos del cangrejo para evaluar su potencial en la formación de geles mediante tratamiento térmico. Las proteínas miofibrilares, que son las mayoritarias en este tipo de producto, presentan una elevada superficie activa, una vez que la proteína es desnaturalizada térmicamente, lo cual favorece la formación del gel. Así, se conocen las excelentes propiedades gelificantes de la miosina (Ziegler y Acton, 1984), así como el efecto sinérgico entre la actina y la miosina para el reforzamiento del gel (Ishioroshi y col., 1980; Samejima y col., 1981; Yasui y col., 1982). Esto hace que resulte de gran interés la utilización de este tipo de proteínas en la formación de geles, en contraposición con la mayoría de los ingredientes usados en los alimentos como huevo, gluten o soja que contienen proteínas globulares. Se ha estudiado tanto la cinética de gelificación, sometiendo a las muestras a un tratamiento térmico en el propio sistema sensor del reómetro, como la caracterización viscoelástica lineal de los geles obtenidos in situ al final de dicha etapa, mediante ensayos de cizalla oscilatoria (SAOS). Paralelamente, se han preparado geles mediante procesado térmico en un baño. Como consecuencia del comportamiento viscoelástico complejo de estos sistemas es necesario llevar a cabo un riguroso estudio mediante técnicas reológicas. De hecho, en los últimos años, se ha incrementado el interés en el estudio de las propiedades reológicas en el campo de los productos alimentarios, siendo las propiedades viscoelasticas lineales muy dependientes de la temperatura, concentración y estado físico de la dispersión (Binsi y col., 2007). También, se plantean otras técnicas de caracterización de los geles como son el estudio de la microestructura, mediante técnicas de microscopía electrónica de barrido, la capacidad de retención de agua, la solubilidad de los geles en diferentes disoluciones amortiguadoras y el estudio de la electroforesis de los extractos solubles. La caracterización completa nos ayuda a evaluar cuales son las mejores condiciones de procesado para la formación de geles con unas adecuadas propiedades, así como a evaluar el potencial del uso de proteína de cangrejo en la formación de geles alimentarios tales como alimentos texturizados tipo surimi.