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1. Introducción
La grasa de los alimentos, como la utilizada en los productos cárnicos cumple con varias funciones complejas y que dependen del tipo de producto a elaborar. Por ejemplo, la grasa influye en la textura, lo que se evidencia cuando el producto se vuelve más duro o gomoso debido a una disminución en su contenido. También afecta al color (aporta brillo, opacidad o contribuye al pardeamiento), contribuye al sabor (como fuente o como portador de compuestos volátiles), afecta la apariencia, sensación en la boca, sabor, aroma y jugosidad de los productos, incluso transfiriere calor al freír y proporciona saciedad (Pehlivanoglu, Demirci, Toker, Konar, Karasu y Sagdic, 2018).
Sin embargo, la grasa sólida contiene una gran cantidad de ácidos grasos saturados y trans, cuyos efectos negativos, productos de la ingesta excesiva, pueden resultar en una serie de enfermedades crónicas, como obesidad, diabetes y enfermedades cardiovasculares, las que han sido cada vez más reconocidas por consumidores (Mozaffarian y Clarke, 2009). Es por ello que las recomendaciones nutricionales sugieren desplazar su consumo a grasas insaturadas (Ashkar, Laufer, Rosen-Kligvasser, et al., 2019). Debido a estos cambios en la alimentación, la industria alimentaria recurre a diferentes estrategias para la mejora del perfil de lípidos en los alimentos, a través de la incorporación de aceites saludables, como aceite de soja, oliva, o linaza, entre otros, siendo este proceso cuidadosamente controlado para no producir un impacto negativo en las características organolépticas finales del producto (Vieira, McClements y Decker, 2015).
La estructuración de los aceites en matrices sólidas como las emulsiones gelificadas permite desarrollar sustitutos de grasa con características texturales similares a la grasa presente en los productos cárnicos, mejorando la retención de la misma en el producto. La etapa inicial en la formulación de una emulsión gelificada, generalmente implica la obtención de una emulsión estabilizada con proteínas. Luego se pueden incorporar hidrocoloides u otros ingredientes (proteínas, polisacáridos, tensioactivo, etc.) después de la formación de la emulsión. A continuación, la emulsión se convierte en un gel de emulsión, ya sea agregando las gotas de emulsión o gelificando la fase acuosa debido a las proteínas adicionadas. El estado estructural de una emulsión gelificada de aceite en agua (O/W) se ha descrito como una red compuesta basada en una combinación de gotas de emulsión agregadas y biopolímero reticulado moléculas, este estado estructural real determina sus propiedades texturales (Dickinson, 2012; 2013). Por lo tanto, las emulsiones gelificadas, son un material coloidal complejo donde coexisten estructuras de emulsión y gel, ofreciendo interesantes posibilidades de uso como ingredientes alimentarios con nuevas propiedades funcionales y muchas aplicaciones industriales, pudiendo incorporar además harinas en la fase acuosa (Dickinson, 2011; Mao y Miao, 2015; McClements, 2012; Poyato, Ansorena, Berasategi, Navarro-Blasco y Astiasarán, 2014; Pintado, Ruiz-Capillas, Jiménez-Colmenero, Carmona y Herrero, 2015 ).
Por otra parte, en cuanto al uso de harinas en la industria cárnica, la más utilizada es la harina de trigo. Sin embargo, el uso de la harina de trigo hace inaccesible los productos cárnicos a un sector de la población como son los enfermos celíacos, porque contienen gluten. En el mercado se encuentran disponibles distintas harinas libres de gluten, que están ganando relevancia como alimentos funcionales, ya que poseen hidratos de carbono de bajo índice glucémico, fibras, proteínas de alto valor biológico, ácidos grasos n3 y n6, vitaminas y minerales. Las características de estas harinas hacen que en los últimos años se hayan incrementado las investigaciones para el desarrollo de nuevos productos cárnicos, de forma tal que se pueda hacer atractivo su consumo, como lo indican las evaluacione sensoriales de los mismos en distintos estudios (Romero, Fogar, Rolhaiser, Clavero, Romero, y Judis, 2018; Shariati‐Ievari, Ryland, Edel, Nicholson, Suh y Alian, 2016; Mokni Ghribi, Gafsi, Blecker, Danthine, Attia y Besbes, 2015). Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue desarrollar emulsiones gelificadas de aceite en agua (O/W), formuladas con aceite de lino y harina de garbanzo con adecuadas propiedades estructurales y tecnológicas para ser usadas como reemplazo de la grasa animal en la fabricación de productos cárnicos de alto contenido graso.
2. Metodología
2.1 Materia prima
Se utilizó harina de garbanzo (HGb), aceite de lino (Sol Azteca-SIN TACC), antioxidante butilhidroxianizol (BHA, Sigma-Aldrich), gelatina sin sabor (ARCOR®), agua bidestilada, sorbato de potasio y tween 80 (polisorbato). Se ensayaron distintas formulaciones para determinar la mínima concentración de gelatina que permite la gelificación; del mismo modo, se procedió con la HGb, encontrándose la mínima cantidad que permite un gel de estructura sólida. Una vez determinadas las concentraciones de las mezclas, se elaboraron dos formulaciones con las cantidades que se indican a continuación: 2 g de gelatina, 10 g de HGb, 40 g de aceite de lino, 45 g de agua. La diferencia entre ambas es que una fue adicionada con BHA al 0.01 %, denominándose emulsión gelificada control (EGC), y emulsión gelificada con BHA (EGBHA).
2.2 Elaboración de emulsiones gelificadas
Se preparó una mezcla enriquecida con harina de garbanzo empleando proteína de gelatina como agente gelificante, la cual se hidrató con agua destilada durante 3 horas con agitación a 3000 r. p. m., utilizando un homogeneizador, según el procedimiento propuesto por Pintado y col (2015). Transcurrido el tiempo de rehidratación las muestras se procesaron con minipimer a 3000 r. p. m., se llevaron a calentamiento durante 30 minutos a 90 °C (De Souza Paglarini, de Figueiredo, Honório, Mokarzel, Vidal, et al., 2019), se enfriaron a 30 °C y se procesaron nuevamente con minipimer a 3000 r. p. m. durante 30 segundos, mientras la fase oleosa se incorporó lentamente con el agente emulsionante tripolifosfato de sodio 0.05 %. Una vez adicionado todo el aceite la mezcla se continuó procesando durante 3 minutos a velocidad de 3000 r. p. m.
Luego, la mezcla se colocó en un contenedor bajo presión para evitar la formación de burbujas, se dejó estabilizar a 25 °C durante 30 minutos. Finalmente se dejó en reposo por 24 h en refrigeración, y se realizaron los ensayos previstos.
2.3 Sinéresis, estabilidad térmica y pH
La sinéresis o pérdida de agua durante almacenamiento de las emulsiones afectadas por el enfriamiento se determinaron por diferencia de peso (%) entre muestras iniciales y almacenadas en intervalos de tiempo durante 7 días (por duplicado) Pintado et al. (2015) y Liu, Feng, Wang, Wang, Sun, et al. (2018). Para esto se pesó cada una de las muestras en placas de Petri almacenadas y refrigeradas, una vez cumplido el tiempo de almacenamiento se procedió a remover el agua condensada en las paredes y nuevamente se pesó cada muestra, lo cual se puede observar en la Ecuación 1. Donde H. es el contenido de agua inicial en las muestras (%), P. es el peso inicial de cada muestra (g) y P. el peso (g) al final del almacenamiento.
(1)
La estabilidad térmica se determinó en términos de las propiedades de unión de agua y aceite de las muestras, según lo descrito por Herrero, Carmona, Jiménez-Colmenero y Ruíz Capillas, (2014). Las muestras se colocaron en tubos de ensayo los que se calentaron en un baño a 80 °C de agua durante 30 minutos. Luego, los tubos se colocaron en un plato boca abajo (durante 60 minutos) para liberar fluidos, el procedimiento se realizó por duplicado para cada muestra. La estabilidad de las muestras se expresó como liberación total de fluidos (LTF), y se expresó como % del peso de muestra inicial.
El pH se determinó utilizando un pH-metro de mesa o de punción a 25 °C por duplicado, para este procedimiento se introdujo en cada muestra el electrodo y una vez estabilizado el sistema se procedió a tomar lectura.
2.4 Color
Las determinaciones de color se evaluaron con un espectrofotómetro Evolution 600 IV-Vis (equipado con esfera integradora y software VISIONlite colorCalc.) Estas determinaciones de los valores L* (luminosidad), a* (rojeza) y b*(amarillez) se realizaron en secciones transversales de la muestra.
2.5 Oxidación lipídica
Para determinar la oxidación lipídica se utilizó el método TBARS, según lo propuesto por Ospina-E, Rojnano, Ochoa, Pérez‐Álvarez y Fernández‐López, (2014), en vasos de precipitados se colocaron 5 g de cada muestra, se adicionó 15 ml de agua, agregando 10 µL de butilhidroxianisol (BHA) al 3.6 % p / V, la mezcla se homogenizó para poder precipitar a la proteína en un Ultra-turrax ® a 20 000 r. p. m. durante 90 segundos (IKA Inc., Germany). Luego se extrajo 1 ml de las muestras, se llevaron tubos de ensayos donde se adicionaron 2 ml de reactivo de TBA (ácido 2-tiobarbitúrico -TBA- en solución de ácido tricloroacético -TCA-: TBA 20 mm en 100 ml de solución acuosa de TCA al 15 % p / V), y se siguió agitando. Después se llevó a baño maría hirviendo a 100 °C durante 15 minutos. Se retiró, se enfrió bajo canilla y se llevó a centrifugación a 2500 r. p. m. durante 15 minutos. La absorbancia se mido utilizando un espectrofotómetro Evolution 600 UV-Vis y los resultados se expresaron como mg MAD/kg muestra. El ensayo se realizó por triplicado para cada muestra.
2.6 Textura
La prueba de penetración de las emulsiones gelificadas se realizó empleando un analizador de textura Texture Analizer CT V1.4 Bld 17 Brookfield Engineering Labs, utilizándose el software Ttexture ProC3 (USA). El análisis fue realizado utilizando un cilindro de acero inoxidable de 4 mm de diámetro a una velocidad de penetración de 0.8 mm/s y una distancia máxima de penetración de 10 mm.
2.7 Espectroscopia IR
Los espectros infrarrojos de cada muestra se registraron, utilizando el espectrómetro FTIR (IS5, Nicolet, USA). Se analizaron los espectros IR en el rango de 4000-650 cm-1 para evaluar las estructuras de las mezclas, como así también las modificaciones que tuvieron lugar después de la mezcla y/o calentamiento de cada uno de los sistemas a ensayar, lo cual se realizó de acuerdo a (Pintado et al., 2015). Las mediciones de las muestras se realizaron a temperatura ambiente, colocadas en la superficie del cristal y levemente prensado con un émbolo de punta plana.
3. Resultados y Discusión
Lafigura 1 , muestra el aspecto las emulsiones gelificadas (EG) obtenidas con harina de garbanzo (HGb), aceite de lino, agua destilada y gelatina (G) como agente gelificante, con las concentraciones mínimas de gelificación. El color de las muestras es similar al de la harina de garbanzo, esto es esencial en el desarrollo de sustitutos de grasa ya que es uno de los factores determinantes en la elección de alimentos por parte del consumidor.
La tabla 1 informa los valores hallados para los distintos parámetros analizados. En ella se puede observar que el pH y la oxidación inicial de lípidos en las muestras presentaron diferencias significativas (p<0.05). Debido que la harina de garbanzo contiene un pH levemente ácido (pH 2-4), pudiendo afectar el valor de este parámetro en las emulsiones gelificadas, que como se puede observar fue levemente ácido. Estos valores de pH son menores que lo reportado por otros autores para emulsiones gelificadas con proteína de soja o harina de chía (Jiménez-Colmenero, Herrero, Pintado, Solas y Ruiz-Capillas, 2010; Muñoz-González, Merino-Álvarez, Salvador, Pintado, Ruiz-Capillas, Jiménez-Colmenero y Herrero, 2019). Las EG obtenidas podrían ser empleadas en productos cárnicos, aunque debe monitorease lo que sucede con este parámetro durante el almacenamiento refrigerado, ya que Pintado et al. (2015) encontraron que el pH de emulsiones gelificadas con harina de chía desciende durante el almacenamiento, lo que podría influir en las características de los productos. Asimismo, se puede observar que los valores de oxidación se encontraron por debajo del límite de detección de 1,59 mg de MDA / kg de muestra, el cual, de acuerdo con Ozer y Sariçoban (2010) es el valor límite a partir del cual podrían presentarse efectos negativos en la salud del consumidor. La oxidación de lípidos determina el potencial uso de los sustitutos como ingredientes en productos ricos en grasas, más aún si se utilizan aceites insaturados (Yilmaz y Ögütcü 2015; Hwang, Fhaner, Winkler-Moser y Liu, 2018).
Tabla 1 pH color TBARS sinéresis y textura de las emulsiones gelificadas adicionadas con harina de garbanzo
A,b Letras diferentes en la misma fila, indican diferencias significativas.
Los parámetros de color obtenidos se encuentran comprendidos dentro de los informados por Pintado et al. (2015) para EG de harina de chía con diferentes agentes gelificantes en frío y son mayores que los reportados por Muñoz-González et al. (2019). Además, los valores de a* y b* son cercanos a lo informado por Kaur y Singh, (2005) en harinas de garbanzo provenientes de distintos cultivares, exhibiendo también tintes azules, verdes y amarillos, se debe destacar que los pigmentos de color de las harinas dependen del origen biológico de la planta. En cuanto a su incorporación a productos cárnicos, se ha informado que la adición de análogos de grasas con gel konjac a salchichas influyen en la percepción del color (Jiménez-Colmenero, Cofrades, Herrero, Fernández-Martín, Rodríguez-Salas y Ruiz-Capillas, 2012). Por lo tanto, es necesario que el color de los sustitutos de grasa sea similar a los de la carne y grasa empleada, generalmente, en la elaboración de los productos en el cual se incorporarán.
Las propiedades texturales de las emulsiones gelificadas están relacionadas con la estructura tridimensional de la red gelificada, la cual es una red compuesta formada por una combinación de gotas de emulsión agregadas y macromoléculas reticuladas (Dickinson, 2013), por lo que conocer su estructura es relevante para el potencial uso de las EG en matrices alimentarias. En lo que respecta al análisis de textura, la muestra C presentó una pequeña mayor dureza que la muestra con BHA (p<0.05), no observándose diferencias significativas en la adhesividad y fracturabilidad de las muestras. En las emulsiones gelificadas, donde la estructura principal es un gel de partículas agregadas, las propiedades texturales están determinadas por las interacciones entre las gotas de aceite y proteínas o hidratos de carbono presentes en el sistema los que generalmente son empleados como gelificante. En este sentido, el uso de la espectroscopía ATR-FTIR puede proporcionar información de la red estructural basada en una comprensión de las interacciones de los ingredientes y de las gotitas de emulsión o del tamaño de las gotitas de emulsión, que puede arrojar luz sobre el diferente comportamiento textural de la O/W gelificada desarrollada en este estudio.
En lo que respecta a la sinéresis y estabilidad térmica figura 2, se observó que ninguna de las emulsiones gelificadas liberó agua o aceite durante el calentamiento (p>0.05), esto demuestra su gran capacidad de retención de fluidos, lo que resulta de gran importancia para su empleo como sustituto de grasa animal en productos cárnicos especialmente cocidos. Estas propiedades tecnológicas pueden ser atribuidas a los diferentes compuestos como proteínas, carbohidratos (principalmente los que componen el mucílago) y fibra de la harina de garbanzo que poseen alta capacidad de retención de agua, capacidad de absorción de agua y suficiente actividad emulsionante para una alta estabilidad de la emulsión (Aguilar-Raymundo y Velez-Ruiz, 2013). Estudios previos han informado sobre las propiedades emulsionantes y espumantes de la harina de garbanzo, destacando que la hidrólisis enzimática de las proteínas del garbanzo favorece la formación de emulsiones (Félix, Isurralde, Romero y Guerrero, 2018; Félix, Romero, Sánchez y Guerrero, 2019; Mokni Ghribi, et al., 2015; Félix, Cermeno y Fitzgerald, 2020). Además, estos resultados coinciden con otros autores que reportaron una alta estabilidad de emulsiones gelificadas elaboradas con proteínas de soja, o harinas de chía estabilizados con distintos agentes gelificantes (Pintado et al., 2015; Delgado-Pando, Cofrades, Ruiz-Capillas, Teresa Solas y Jiménez-Colmenero, 2010; Sato, Moraes, y Cunha, 2014).
La estabilidad de un sistema gelificado es en gran medida dependiente de las interacciones moleculares entre las sustancias que componen el sistema (Herrero, Ruiz-Capillas, Pintado, Carmona y Jiménez-Colmenero, 2018). En el caso de sistemas compuestos por lípidos proteínas, carbohidratos y agua, las interacciones entre cadenas lipídicas y proteicas pueden evaluarse mediante los cambios en las regiones de estiramiento del grupo –OH presente en agua y carbohidratos (3000-3600 cm-1) y de los grupos –CH y CH. (2800-3000 cm-1), mientras que los cambios en las bandas de absorción de Amida I y II (1500-1700 cm-1) y de residuos de triptófano (1100-1330 cm-1) son de utilidad para evaluar los cambios en la estructura proteica resultantes de calentar la emulsión para dar lugar a la gelificación.
La estabilidad térmica de la emulsión gelificada en estudio puede atribuirse a un tamaño apropiado de gotas de aceite incorporadas a la red del gel, lo que impide la formación de agregados y consecuente desestabilización, evidenciado por el estrechamiento de la banda en la región de 3600-2800 cm-1 (Pintado, Herrero, Jiménez-Colmenero y Ruiz-Capillas, 2016). En las partes a y b de la figura 3 se muestran los espectros IR de gelatina en agua y harina de garbanzo en agua, respectivamente, mientras que, al comparar las partes c, d y e, de dicha figura, se infiere un cambio en la polaridad del medio debido a la asociación entre cadenas lipídicas y proteicas como resultado del calentamiento de la mezcla, lo que se evidencia al registrarse una disminución de la intensidad de las bandas en la región de 2950-2800 cm-1 y de la banda característica de aceites puros en la región de 1800-1700 cm-1 (Herrero et al., 2018). Del análisis de los espectros de IR mostrados en la figura 3 puede inferirse que la harina de garbanzo tiene efecto nulo en la estabilidad de la emulsión gelificada, es decir, la estabilidad del gel puede considerarse exclusivamente dependiente de la desnaturalización de las proteínas de la gelatina por acción del calentamiento, lo que resulta en una mayor exposición de sus grupos hidrofóbicos, según los cambios registrados en la región de 1330-1100 cm-1, lo que permite, a la vez, una mayor interacción con las cadenas lipídicas del aceite (Usoltsev, Sitnikova, Kajava y Uspenskaya, 2019).
4. Conclusiones y recomendaciones
El presente trabajo manifiesta la potencialidad de la elaboración de emulsiones gelificadas (O/W), que contienen una variedad de compuestos bioactivos como aceite de lino y harina de garbanzo, elaborados con un gelificante rico en proteínas como la gelatina, resultando en productos con adecuadas propiedades estructurales y tecnológicas, los que podrían emplearse como ingrediente graso saludable en los productos cárnicos. La incorporación de harina de garbanzo en estos productos, además ofrece nuevas oportunidades en el desarrollo de productos más sanos, ya que proporciona una gran variedad de compuestos bioactivos como ácidos n3, proteínas de alto valor biológico, antioxidantes, fibra dietética, etc.
Se observó que el pH y la oxidación inicial de lípidos en las muestras presentaron diferencias significativas al momento del estudio. De acuerdo con la sinéresis y estabilidad térmica se destacó que ninguna de las emulsiones liberó agua o grasa (aceite) durante el calentamiento. Respecto al color de las muestras, se observó que no existen diferencias significativas entre los distintos parámetros evaluados para ambas muestras y por último en lo que refiriere al análisis de textura, la muestra C presentó una pequeña mayor dureza que la muestra con BHA (p<0.05), no observándose diferencias significativas en la adhesividad y fracturabilidad de las muestras. La espectroscopia IR proporciona información sobre la estructura real de la red de la emulsión gelificada O/W en particular de las interacciones de lípidos asociadas con su presencia en la red de la EG, también ayuda a entender las características de textura, en particular la dureza, parámetro condicionante para el uso de estas emulsiones gelificadas como sustitutos de grasa animal en la formulación de productos cárnicos más saludables.
