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GELIFICACIÓN DE
EMULSIONES DE
CASEINATO DE SODIO
COMO ALTERNATIVA A
LAS GRASAS TRANS
La legislación vigente en todo el mundo ha impulsado a la industria
de alimentos a reformular sus productos. Se han empleado distintas
estrategias para eliminar las grasas trans de los alimentos que han
aportado en mayor o menor grado una solución a este problema.
La preparación de geles a partir de emulsiones de proteínas es una
estrategia que tiene la ventaja de permitir la elaboración de alimentos
sólidos que contengan lípidos saludables (e incluso con benecios
especícos para la salud como evitar cánceres) provenientes de
aceites vegetales o de pescado en cantidades deseables para mantener
una buena salud y que no contengan ácidos grasos saturados o
trans. En este artículo se describe una nueva aplicación del análisis
de estabilidad de emulsiones y coloides por Turbiscan. Se describe
la potencialidad de esta técnica para el estudio de procesos de
gelicación y se la compara con técnicas tradicionalmente empleadas
con este n. En el ejemplo presentado se explora el potencial de
emulsiones estabilizadas con caseinato de sodio, una proteína
muy empleada en la industria láctea, y cuya fase grasa es aceite de
girasol para preparar geles que podrían emplearse en alimentos que
habitualmente requieren de la presencia de sólidos de grasa como
es el caso de los postres. La gelicación probó ser una alternativa
interesante para producir alimentos saludables.
Current legislation worldwide has encouraged the food industry to
reformulate their products. Different strategies to eliminate trans
fats from foods that have contributed to a greater or lesser degree
to solve this problem has been used. The preparation of gels from
protein emulsions is a strategy that has the advantage of allowing the
development of solid foods that contain healthy fat and even health benecial fats from vegetable oils or sh oil in desirable
amounts to maintain good health. In addition, these gels do not contain saturated or trans fatty acids with their unwanted
effects. In this paper a new application of the analysis of stability of emulsions and colloids by Turbiscan is described. The
potential of this technique to study gelation process is explored and results are compared with techniques traditionally used
for this purpose. In the example shown, the potential of emulsions stabilized by sodium caseinate, a protein used in the food
industry, and formulated with a fat phase composed by sunower oil to prepare gels that could be used in foods that normally
require the presence of fat solids such as desserts is analyzed. Gelation proved to be an interesting alternative to produce
healthy food.
LAS GRASAS TRANS
Los aceites y grasas naturales se
clasican así por su estado físico a
temperatura ambiente. Los aceites
son líquidos a 20°C mientras que
las grasas son semisólidos en esas
condiciones. Ambos grupos están
formados mayoritariamente por tri-
glicéridos (TAG). Éstos son ésteres
del glicerol y ácidos grasos. La dife-
rencia entre un TAG y otro es en-
tonces el tipo de ácido graso unido
al glicerol y la posición en que está
unido (carbono 1, 2 o 3). Los áci-
dos grasos pueden tener distintos
Cristián Huck Iriarta,b,
Jaime A. Rincón Cardonab,c,
Juan Montes de Oca
Ávalosb y
Roberto Jorge Candalb,c,*.
a Escuela de Ciencia y Tecnología, Universidad
Nacional de San Martín (UNSAM), Campus
Miguelete, 25 de Mayo y Francia, CP 1650, San
Martín, Provincia de Buenos Aires, Argentina.
b Instituto de Química Inorgánica, Medio
Ambiente y Energía (INQUIMAE), Consejo Na-
cional de Investigaciones Cientícas y Técnicas
(CONICET), Ciudad Universitaria, Pabellón 2,
Piso 3, C1428EHA. Buenos Aires, Argentina.
c Instituto de Investigación e Ingeniería Am-
biental, Universidad Nacional de San Martín
(UNSAM), Campus Miguelete, 25 de Mayo y
Francia, 1650, San Martín, Provincia de Buenos
Aires, Argentina.
* R J Candal. e-mail: rjcandal@gmail.com
Palabras clave: alimentos saludables, geles, caseinato de sodio.
Key words: healthy food, gels, sodium caseinate.
CIENCIA E INVESTIGACIÓN - TOMO 64 Nº 2 - 2014
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largos de cadena y poseer o no insa-
turaciones. Los distintos TAGs tienen
propiedades sicoquímicas diferen-
tes como por ejemplo distinto punto
de fusión o distinta estabilidad oxi-
dativa (Kodali, 2005).
Las grasas y aceites pueden pro-
venir de origen animal o vegetal.
El 90% de las materias grasas que
existen en la naturaleza provienen
de fuentes vegetales. La composi-
ción en ácidos grasos de los aceites
vegetales frecuentemente reeja las
condiciones climáticas y el origen
geográco. Los aceites tropicales
generalmente contienen una mayor
cantidad de ácidos grasos saturados
mientras que los aceites que provie-
nen de plantas de climas templados
o más frescos contienen mayor con-
centración de ácidos grasos insatu-
rados (Thomas, 2003).
Cuando un ácido graso presenta
una insaturación, la doble ligadura
que enlaza dos átomos de carbono
impide la libre rotación de los mis-
mos. Por esta razón los dos átomos
de H unidos a estos carbonos pue-
den encontrarse del mismo lado del
plano que pasa por la doble ligadu-
ra o en lados opuestos. Cuando los
H se encuentran del mismo lado se
dice que el ácido graso está en con-
guración cis y cuando se encuentran
en lados opuestos al plano formado
por los dos carbonos unidos por la
doble ligadura se dice que la con-
guración es trans. La Figura 1 mues-
tra un ejemplo de dos ácidos grasos
que son isómeros geométricos, es
decir dos ácidos grasos que dieren
solamente en la conguración espa-
cial.: el ácido oleico (18 carbonos y
una insaturación de conguración
cis, C18:1c) y el ácido elaídico (18
carbonos y una insaturación de con-
guración trans, C18:1t). El ácido
oleico tiene una geometría molecu-
lar en forma de v y el ácido elaídico
es casi lineal con una geometría mo-
lecular muy similar a los ácidos gra-
sos saturados. En la gura 1 también
se incluye el ácido esteárico que es
el ácido graso saturado de 18 carbo-
nos (C18:0).
Los ácidos grasos trans poseen un
punto de fusión mucho menor que
los ácidos grasos saturados y mu-
cho mayor que sus correspondientes
isómeros cis dado que la geometría
lineal de sus moléculas, más seme-
jante a la de los ácidos grasos satura-
dos, les permite un mejor empaque-
tamiento en el estado cristalino. Los
TAG formados por tres ácidos grasos
iguales poseen puntos de fusión di-
ferentes a los de sus correspondien-
tes ácidos grasos libres. Como las
grasas y aceites están formados por
TAG y no por ácidos grasos son los
primeros los que determinan las pro-
piedades del producto. Para el ejem-
plo de la Figura 1, trioleína, trielai-
dina y triestearina tienen puntos de
fusión de 5°C, 42°C y 73°C, respec-
tivamente. El punto de fusión es una
propiedad del TAG que se encuen-
tra estrechamente relacionada con
Figura 1: Esquema que representa las moléculas de los ácidos grasos oleico, esteárico y elaídico.
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Gelicación de emulsiones de caseinato de sodio como alternativa a las grasas trans
sus aplicaciones industriales. En la
naturaleza la mayoría de los isóme-
ros presentes en los aceites y grasas
pertenecen a la conformación cis.
La conversión de cis a trans requiere
mucha energía por eso se realiza a
altas temperaturas y en presencia de
catalizadores.
La principal fuente de ácidos gra-
sos trans (AGT) en los alimentos es
el proceso de hidrogenación parcial
de los aceites vegetales. En este pro-
ceso parte de los enlaces dobles se
convierten en enlaces simples por
incorporación de hidrógeno. El pro-
ducto principal que se obtiene son
TAGs formados por ácidos grasos
saturados (de mayor punto de fusión
que los TAGs originales) y como
subproducto se obtiene una cierta
proporción de TAGs con ácidos gra-
sos insaturados convertidos al isó-
mero trans (Figura 1). Dependiendo
de las condiciones que se empleen y
de la extensión de la hidrogenación
el porcentaje de isómeros trans for-
mados puede variar entre 10 y 40%.
Una cantidad más pequeña (1 a 2%)
se puede formar durante la rena-
ción del aceite crudo en la etapa de
desodorización. En estas reacciones,
el isómero que se forma es el trans-9.
Estos ácidos grasos se consideran de
origen industrial. Los AGT también
pueden formarse naturalmente du-
rante la digestión en los estómagos
de los rumiantes. En este caso el áci-
do graso que se forma es el vaccíni-
co, que es el trans-11. Los porcenta-
jes del ácido graso trans-11 que se
hallan presentes en grasa de leche,
por ejemplo, pueden variar entre 3 y
8%. Es importante destacar que este
ácido graso no es considerado una
grasa trans en la legislación aunque
lo sea desde el punto de vista quími-
co dado que las enzimas del cuerpo
humano son muy especícas y ac-
túan sobre estos compuestos (trans-9
y trans-11) en forma muy diferente.
La legislación vigente se ha basado
en los efectos adversos cardiovascu-
lares (Chen et al., 2007) y en la rela-
ción ácidos grasos trans/cáncer (Krit-
chevsky, 2007) encontrados para el
isómero trans-9. Sin embargo, no se
ha probado que el ácido vaccínico
tenga efectos hipercolesterolémicos
o sea perjudicial para la salud. Por
esta razón no se considera un ácido
graso trans. Desde el punto de vista
práctico es una consideración muy
relevante ya que la grasa de leche y
las grasas trans presentes en la carne
no están incluidas en la legislación
sobre grasas trans (Schrimpf-Moss y
Wilkening, 2005).
Los aceites y grasas proveen a
los alimentos de numerosos bene-
cios funcionales. Les coneren lu-
bricación, los hacen más fáciles de
deglutir y les coneren mejor sabor.
Las grasas y aceites constituyen una
fuente de ácidos grasos esenciales y
vitaminas liposolubles que son in-
dispensables en muchas funciones
biológicas. En numerosas aplica-
ciones industriales se preeren las
grasas a los aceites. Las dos razones
principales para esta elección son la
estabilidad oxidativa (resistencia a la
oxidación) y la funcionalidad de los
sólidos de grasas. En algunos pro-
cesos como el fritado la estabilidad
oxidativa es esencial. La oxidación
(provocada principalmente por la
acción del oxígeno del aire sobre
los aceites y grasas) es la causa de
aparición de rancidez y aromas des-
agradables y está estrechamente re-
lacionada con la vida útil de estante-
ría. Con respecto a la funcionalidad,
la presencia de sólidos de grasa es
indispensable en aquellos alimen-
tos en los cuales la textura sea un
atributo fundamental. Es el caso de
las masas aireadas. La función que
cumple la red que forma la materia
grasa es atrapar el aire de forma tal
que la masa adquiera una textura
esponjosa. La mayoría de las mate-
rias grasas naturales son líquidas y
por eso hasta el año 2006 el proce-
so de hidrogenación resultaba una
respuesta a las necesidades indus-
triales. El mismo comenzó con una
patente Británica del año 1903 que
fue introducida en Estados Unidos
en 1911. Por casi 100 años este pro-
ceso resolvió la necesidad de mate-
rias grasas sólidas de la industria de
alimentos. Sin embargo, a partir de
la regla sobre grasas trans de la FDA
de 2006 la utilidad del proceso de
hidrogenación tradicional se vio li-
mitada.
ACCIONES EN DIVERSOS PAÍ-
SES
A continuación se reseñan algu-
nas de las acciones emprendidas por
varios países en relación a los AGT
(Tan, 2009):
• En enero de 2006 Dinamarca
aprobó una legislación notable
que limitó las grasas trans al 2%
del contenido total de grasas en
todos los alimentos que circu-
lan en el mercado, incluidos los
productos importados y los des-
tinados a restaurantes. Este fue
el primer país que estableció un
valor máximo.
• En 2005, Canadá fue el primer
país en exigir información sobre
el contenido de AGT en las eti-
quetas nutricionales. Además,
en 2006 un grupo de trabajo ca-
nadiense propuso la reducción
del consumo de ácidos grasos
trans al “mínimo nivel posible”
y recomendó que estas grasas
no debían superar 2% del con-
tenido graso total en los acei-
tes vegetales y las margarinas
untables y debía ser inferior al
5% en los otros alimentos. El
grupo estimó que este límite de
5% es suciente para reducir en
un 55% la ingesta promedio de
AGT de producción industrial
en ese país, por lo que el con-
sumo diario de AGT sería menor
al 1% de la energía total, nivel
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concordante con las recomen-
daciones de la Organización
Mundial de la Salud (OMS).
• En los Estados Unidos, un aná-
lisis de costo-benecio detalla-
do evaluó los benecios para la
salud, en términos de reducción
del riesgo cardiovascular al dis-
minuir el consumo de los AGT,
comparado con los gastos de
la rotulación y llegó a la con-
clusión de que por cada dólar
invertido en rotulación se aho-
rraban 100 dólares en gastos de
salud en un periodo de 20 años.
Esto llevó a la Administración
de Alimentos y Medicamentos
(FDA) a declarar obligatoria la
inclusión del contenido de AGT
en la rotulación de los produc-
tos alimentarios a partir del 1º
de enero de 2006 y a recomen-
dar que las personas mantengan
un consumo de AGT lo más
bajo posible. Sin embargo, no
estableció un límite máximo en
2006. En el presente la FDA se
encuentra muy cerca de aprobar
la prohibición del empleo de
grasas trans en la formulación
de alimentos. En este momento
se encuentra abierto el período
de consulta antes de la regla -
nal que estipulará que los ácidos
grasos trans ya no serán general-
mente reconocidos como segu-
ros (GRAS), es decir perderán su
calicación de GRAS y deberán
ser totalmente eliminados de los
alimentos.
• En Costa Rica, un Comité Multi-
sectorial sobre Grasas y Aceites
propuso la reducción de AGT en
la ingesta de los países centroa-
mericanos y la República Domi-
nicana y aconsejó la inclusión
de datos sobre el contenido de
AGT en las etiquetas.
• En enero de 2006, Chile adoptó
el mismo criterio. A su vez, en
agosto del mismo año, los paí-
ses del MERCOSUR (Argentina,
Brasil, Paraguay y Uruguay) in-
corporaron el rotulado nutricio-
nal como obligatorio incluyen-
do la declaración de las grasas
trans, entre otras informaciones.
• Por último, en Brasil actualmen-
te se está discutiendo públi-
camente una nueva propuesta
destinada a regular la comercia-
lización de alimentos con nive-
les altos de grasas saturadas y
grasas trans.
ESTRATEGIAS PARA REEMPLA-
ZAR GRASAS TRANS
Dada la nueva decisión que en
breve tomará la FDA no se podrán
emplear más hidrogenados vegeta-
les en la formulación de alimentos.
Como ocurrió en 2006 es esperable
que esta nueva regla sea adoptada
por todos los países. En la búsque-
da de alternativas a las grasas trans
los fabricantes de alimentos se han
encontrado con diversos desafíos.
Desde el punto de vista tecnológi-
co es difícil eliminar las grasas trans
de los alimentos. Un problema cen-
tral es la necesidad de la presencia
de sólidos. El ingrediente que se
elige para reemplazar grasas trans
debe tener las mismas característi-
cas funcionales que la grasa que se
reemplaza es decir debe ser capaz
de conferirle al producto la misma
textura, atributos sensoriales y apa-
riencia para que sea aceptado por
el consumidor. También debe ser
capaz de conferirle una vida de es-
tantería similar para poder ser co-
mercializado en la misma forma que
los productos formulados con grasas
trans. Otro factor muy importante a
tener en cuenta cuando se desarro-
llan alternativas a las grasas trans es
que el nuevo ingrediente esté dispo-
nible en el mercado en cantidades
adecuadas o que el mercado justi-
que el desarrollo del nuevo ingre-
diente como podría ser el caso de
variedades de aceites vegetales con
una composición de ácidos grasos
especíca. En la actualidad se em-
plean cuatro alternativas principales
para reemplazar grasas trans: aceites
o grasas que naturalmente tengan
una composición adecuada para
reemplazar hidrogenados vegetales,
estericar aceites, modicar aceites
por fraccionamiento y/o mezclado
o desarrollar nuevas variedades con
composiciones determinadas (List
and Reeves, 2005).
Una nueva estrategia para el re-
emplazo de grasas trans es la forma-
ción de geles conteniendo aceites
vegetales o de pescado. Los geles
permiten fabricar alimentos sólidos
con bajos contenidos de grasas sa-
turadas o que no posean grasas trans
y que en su lugar contengan aceites
e incluso lípidos beneciosos para
la salud como por ejemplo los pre-
sentes en aceite de pescado: DHA y
EPA. Es decir, esta estrategia nos per-
mite producir alimentos más saluda-
bles. Este tipo de geles también po-
dría emplearse en la industria farma-
céutica como vehículo de drogas.
GELES, HIDROGELES Y OLEO-
GELES
La denición de gel es más com-
plicada de lo que podría esperarse
y ha ido evolucionando desde 1861
cuando Thomas Graham propuso
esta palabra para denominar sis-
temas semejantes a la gelatina. El
término provino del latin gelatus es
decir “sistema congelado” o “inmó-
vil”. En 1926 Jordan Lloyd aseguró
que la condición coloidal, es decir
el gel, es más fácil de reconocer que
de denir. La mayor contribución
que realizó fue reconocer que el gel
tiene dos componentes: el líquido y
la sustancia gelicante y que el sis-
tema en su conjunto tiene las pro-
piedades mecánicas de un sólido.
La mayor imprecisión de esta de-
9
Gelicación de emulsiones de caseinato de sodio como alternativa a las grasas trans
nición es que consideró al gel como
sinónimo de coloide y sin embargo
no todos los coloides son geles o vi-
ceversa. Hermans en 1949 denió
geles como sistemas coloidales dis-
persos coherentes de al menos dos
componentes. En 1961 Ferry descri-
bió gel como un sistema sustancial-
mente diluido que no exhibe ujo
en estado estacionario. Hay acuerdo
entre los distintos autores que un gel
debe exhibir dos características: 1)
tener una estructura microscópica
continua con dimensiones macros-
cópicas que permanecen al menos
durante el tiempo que dura un ex-
perimento analítico y 2) a pesar de
estar formado mayoritariamente por
líquido compórtase como un sólido
durante experimentos reológicos
(Marangoni y Garti, 2011). Un oleo-
gel es un gel en el que la fase líquida
es un aceite mientras que un hidro-
gel es un gel en el que la fase líquida
continua es agua.
PREPARACIÓN DE UN GEL
DE CASEINATO A PARTIR DE UNA
EMULSIÓN
La incorporación de aceites en
un hidrogel es una forma de obtener
un sólido (o semi-sólido) con bajo
contenido oleoso pero con el tipo
de funcionalidad que posee un pro-
ducto formulado con una grasa. Un
hidrogel conteniendo aceite pue-
de obtenerse por desestabilización
controlada de una emulsión. En este
tipo de procesos, las gotitas que for-
man la emulsión (y que contienen
el aceite disperso en la fase acuosa)
interaccionan para formar un es-
queleto sólido que mantiene la fase
acuosa (y el aceite) en su interior.
Este esqueleto se consigue cuando
existe conectividad extendida entre
las partículas o gotitas, de forma tal
que abarcan el volumen del reci-
piente que contiene a la emulsión.
Para comprender mejor el fenómeno
debe recordarse que para generar
una dispersión estable de un aceite
en agua se necesita un emulsionante
capaz de localizarse en la interfaz
aceite/solución de forma tal que cu-
bra total o parcialmente las gotitas
de aceite, presentando hacia la fase
acuosa una cara hidrofílica, es decir,
amigable al agua. De esta forma se
establece una interacción del tipo
atractiva entre el agua y las gotitas
“emulsicadas” que redunda en una
dispersión estable del aceite en la
fase acuosa. El emulsicante, al ro-
dear a las gotitas de aceite, también
previene su asociación en gotas más
grandes que terminarían separándo-
se del sistema.
Para preparar una emulsión se
necesita una fase dispersante (agua,
si se trata de una emulsión acuosa
como las que nos ocupan en este
caso), una fase dispersa (aceite en
este caso), un emulsionante y co-
adyuvantes (ayudantes para estabili-
zar la emulsión) y un dispersor que
aporte la energía (trabajo) necesaria
Figura 2: Esquema experimental de la preparación de las emulsiones.
CIENCIA E INVESTIGACIÓN - TOMO 64 Nº 2 - 2014
10
para dispersar el aceite en pequeñas
gotitas en el seno de la fase disper-
sante. Un emulsionante muy cono-
cido pero que cada vez se emplea
más en la industria alimenticia es el
caseinato de sodio. El caseinato de
sodio es una proteína que se obtie-
ne a partir de la caseína de la leche.
Tiene propiedades muy interesantes,
además de poseer valor nutricional,
pues es una proteína acomodaticia
cuya forma en el espacio cambia
fácilmente brindándole elastici-
dad. El contenido de emulsionante
es relativamente bajo; por ejem-
plo una composición típica de una
emulsión del tipo que nos interesa
puede ser: 2-7,5% de caseinato de
sodio, 10% de aceite de girasol y
20% de azúcar como coadyuvante.
En la preparación de una emulsión
estable el orden de agregado de los
componentes es importante; por
ejemplo, típicamente se disuelven
el emulsionante y el coadyuvante
en el agua y después se incorpora el
aceite. La dispersión debe realizarse
con un mezclador de alta velocidad,
por ejemplo un Ultraturrax a unas
20.000 rpm, de forma tal de obte-
ner gotitas de diámetro cercano al
micrón. El tamaño de las gotitas es
importante para generar una emul-
sión estable, cuanto más pequeñas
la emulsión resulta más estable. Si
es necesario, el tamaño puede redu-
cirse aun más aplicando ultrasonido
o haciendo pasar la emulsión por
ltros microporosos a alta presión.
En estos casos hay que cuidar que la
temperatura se mantenga por debajo
de los 30ºC para evitar la desnatu-
ralización de la proteína y la des-
estabilización descontrolada de la
emulsión. En la Figura 2 se presenta
un esquema de un sistema para pre-
parar emulsiones.
PROCESO DE GELIFICACIÓN
Como se mencionó anteriormen-
te un gel puede obtenerse a partir de
una emulsión por desestabilización
controlada. Cuando una emulsión se
desestabiliza las gotitas interaccio-
nan entre ellas formando agregados
que pueden conducir a la coales-
cencia, cremado o sedimentación.
Todas éstas son formas de desesta-
bilización o “rotura” de la emulsión.
Pero si la interacción entre gotitas
se produce en forma homogénea en
el seno de la emulsión, el sistema
“gelica” formándose un esqueleto
sólido que contiene en su interior al
agua y al aceite. Los métodos más
empleados para gelicar proteínas
de leche son tratamiento a altas
temperaturas (45°C) o disminución
del pH. Este último procedimiento
puede realizarse a temperatura am-
biente o menor, evitando cambios
no deseados en las propiedades de
los alimentos.
El caseinato de sodio presenta un
punto isoeléctrico de 4,6. Esto signi-
ca que en una solución de pH 4,5
su carga neta, producto de la ioniza-
ción de diferentes grupos ácidos, es
cero. El pH de una emulsión con una
composición típica como la indica-
da más arriba es 6,5; esto signica
que el caseinato, y por lo tanto las
gotitas, tienen carga neta negativa
lo que ayuda a estabilizar la emul-
sión. En estas condiciones las gotitas
se repelen electrostáticamente y su
agregación está minimizada. Si el
pH baja acercándose a 4,6 (punto
isoeléctrico), la carga neta tiende a
cero, las gotitas comienzan a inte-
raccionar entre ellas a través de las
moléculas de caseína. Si este proce-
so ocurre homogénea y simultánea-
mente en el seno de la emulsión se
forma el esqueleto sólido del gel, es
decir, el sistema gelica.
En el ejemplo que se mues-
tra en este artículo se agregó a las
emulsiones ácido δ-gluconolactona
en una proporción en peso de
proteína:ácido 5:1 (denominaremos
a esta relación simple cantidad de
ácido: SA) y 5:2 (llamaremos a esta
proporción doble cantidad de áci-
do: DA). Al nalizar la reacción de
hidrólisis, el pH resultó aproxima-
damente 4 en todos los casos, sien-
do este valor menor al del punto
isoeléctrico del caseinato de sodio.
Es esperable que la diferencia en las
concentraciones de ácido se vea re-
ejada en la velocidad de reacción
y por lo tanto en la velocidad de ge-
licación.
DISPERSIÓN ESTÁTICA DE LUZ
Y GELIFICACIÓN
Las emulsiones a partir de las
cuales se preparan los geles deben
ser estables en el tiempo de forma
tal que no se produzcan procesos de
cremado o coalescencia que con-
duzcan a sistemas heterogéneos,
inapropiados para la obtención de
geles. Tanto la estabilidad de las
emulsiones como el proceso de geli-
cación pueden estudiarse y seguir-
se en el tiempo empleando técnicas
de dispersión de luz. El Turbiscan
es un instrumento óptico capaz de
analizar la estabilidad de sistemas
coloidales y dispersiones concen-
tradas mediante la medición de la
transmitancia y la retrodispersión de
un sistema opaco atravesado por un
pulso de luz correspondiente al in-
frarrojo cercano (l = 880nm). Posee
dos detectores móviles, el de trans-
mitancia, ubicado en un ángulo de
180° con respecto a la muestra, que
recibe la luz que atraviesa la emul-
sión y el de retrodispersión (o back-
scattering) ubicado a 135°, que reci-
be la luz dispersada por la muestra,
contenida en una celda cilíndrica.
Los detectores exploran la longi-
tud entera de la muestra (idealmente
unos 60 mm), adquiriendo datos de
transmisión y de retrodispersión cada
40 micrones (Buron et al., 2004).
Cuando la muestra es transparente
el detector de transmitancia recibe
gran parte de la luz, mientras que
al aumentar la turbidez de la mues-
11
Gelicación de emulsiones de caseinato de sodio como alternativa a las grasas trans
tra el haz se dispersa y atraviesa la
muestra cada vez en menor propor-
ción hasta que (y es el caso de mues-
tras opacas) prácticamente nada de
luz llega al detector ubicado a 180°.
El detector de retrodispersión, por el
contrario, recibe mucha luz cuando
la muestra es opaca. En estos casos,
cuando las fases se desestabilizan
o se separan, aparece una zona de
claricación –que al principio no
existe- y la luz comienza a atravesar
la muestra lo que disminuye signi-
cativamente la cantidad de señal en
el detector de retrodispersión. Cuan-
do la muestra es transparente la luz
no llega al detector colocado a 135°
sino al detector de transmitancia.
Una corrida o exploración represen-
ta el nivel de retrodispersión de la
muestra en función de su altura en
el momento de su medición (Figura
4). El primer perl obtenido es con-
siderado siempre el perl correspon-
diente al tiempo cero (izquierda). Si
el valor de retrodispersión se man-
tiene constante a lo largo del tubo
se puede considerar que la muestra
es estable. Realizando sucesivos ba-
rridos a lo largo del tiempo es po-
sible registrar cambios en el perl
(Figura 4, derecha) que permiten la
evaluación del o de los mecanismos
de desestabilización que prevale-
cen, la cinética de los mismos y el
grado de desestabilización de una
emulsión (Buron et al., 2004). En
la Figura 4 se presenta un ejemplo
en el cual se estudia una emulsión
que se desestabiliza principalmente
por cremado. En el instante inicial el
perl de retrodispersión presenta un
valor constante a lo largo del tubo
indicando que el sistema es homo-
géneo (izquierda). Al pasar el tiempo
(derecha) el valor de retrodispersión
disminuye en la región 0-20 mm del
tubo indicando una disminución de
la concentración de gotas y aumenta
en la zona superior del tubo (región
50-65 mm) por un aumento en la
concentración de gotas que migran
hacia arriba porque son menos den-
sas que el agua.
Figura 3: Esquema de funcionamiento del equipo Turbiscan, detallando
los detectores y la intensidad de señal que reciben en las distintas situa-
ciones.
Figura 4: Perl de retrodispersión (backscattering) de una muestra en función de la altura de tubo en mm (eje X).
Izquierda: perl correspondiente al tiempo inicial. Derecha: perles a distintos tiempos.
CIENCIA E INVESTIGACIÓN - TOMO 64 Nº 2 - 2014
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Estos cambios en el perl tam-
bién permiten estudiar la cinética
de gelicación y cuanticar los
tiempos de gelicación. Cuando la
emulsión se convierte en un gel, el
perl inicial correspondiente a una
emulsión estable conserva su forma
pero el valor promedio de la retro-
dispersión en la zona inferior (región
20-50 mm de altura de tubo) crece.
La Figura 5 muestra un ejemplo de
una transformación emulsión gel
para una emulsión estabilizada con
5% de caseinato de sodio cuya fase
grasa es 10% de aceite de girasol.
En la parte izquierda de la Figura
5 se muestra la gelicación de una
emulsión sin azúcar y en la parte
derecha se muestra la gelicación
de ese mismo sistema pero con el
agregado de 20% de sacarosa a la
fase acuosa. Los perles no solo per-
miten determinar los tiempos de ge-
licación sino que también descri-
ben la homogeneidad del gel. El gel
obtenido a partir de la emulsión sin
azúcar (izquierda) presenta un per-
l irregular. El mismo corresponde a
pobres propiedades mecánicas. Este
gel se rompe fácilmente ante estí-
mulos externos. Cuando la emulsión
contiene azúcar en la formulación
(derecha) el perl es homogéneo
indicando un gel de buenas propie-
dades mecánicas. Un ejemplo del
aspecto macroscópico de geles con
y sin azúcar se presenta en la Figu-
ra 6. La Figura 6 muestra dos tubos
que se emplean para colocar mues-
tras en el análisis por Turbiscan. En
uno de ellos (izquierda) se gelicó
una emulsión que no contenía azú-
car y en el otro (derecha) se agregó
ácido a una emulsión con idéntica
concentración de caseinato de sodio
pero que contenía azúcar. Se puede
observar que la supercie del gel
formulado sin azúcar es rugosa, pre-
senta grietas y se quiebra fácilmente.
La Tabla 1 resume los valores
hallados para los tiempos de geli-
cación cuando a las emulsiones es-
tabilizadas con 2,0; 5,0 y 7,5% de
caseinato de sodio formuladas sin
sacarosa o con 20% en peso de este
azúcar se les agregó simple y doble
cantidad de ácido. Como puede ob-
servarse en la Tabla 1, los tiempos
de gelicación disminuyeron con la
concentración de caseinato de sodio
y fueron menores cuando se empleó
doble concentración de ácido que
cuando se agregó simple concentra-
Figura 5: Perles de Turbiscan que muestran la gelicación en el tiempo de emulsiones formuladas con I) 5%
de caseinato de sodio y II) 5% de caseinato de sodio y 20% de sacarosa.
Figura 6: Geles preparados en tubos de Turbiscan. A la izquierda partien-
do de una emulsión con 5% de caseinato de sodio y a la derecha acidi-
cando una emulsión con 5% de caseinato de sodio y 20% de sacarosa.
13
Gelicación de emulsiones de caseinato de sodio como alternativa a las grasas trans
ción. El agregado de azúcar en esa
concentración no modicó signi-
cativamente los tiempos de gelica-
ción.
A pesar que el agregado de 20%
de sacarosa no modicó los tiempos
de gelicación, como puede apre-
ciarse en la Figura 6, los geles que
contenían azúcar mostraron mejo-
res propiedades macroscópicas. El
gel que contiene azúcar posee una
supercie lisa que no presenta grie-
tas. El agregado de sacarosa en la
formulación de la emulsión mejoró
el aspecto del gel formado y sus pro-
piedades mecánicas. Dado que el
azúcar es un componente habitual
en los alimentos su agregado podría
ayudar a tener un producto con me-
jor apariencia y por lo tanto mayor
posibilidad de aceptación por parte
del consumidor.
PROPIEDADES REOLÓGICAS Y
GELIFICACIÓN
Para determinar el tiempo de
gelicación medido durante la
transición emulsión-gel también se
empleó un reómetro oscilatorio di-
námico. Este método es el que más
habitualmente se emplea. Se utilizó
un sistema de platos paralelos sepa-
rados por un espacio de 1 mm, entre
los cuales se colocó aproximada-
mente 0,85 ml de muestra, lo que
permitió llenar completamente el
espacio entre platos. La temperatura
del plato inferior fue controlada me-
diante un sistema Peltier y un baño
termostatizado. Las experiencias se
realizaron en condiciones isotérmi-
cas a 22,5ºC. Luego de disolver el
ácido GDL en la emulsión, la misma
se colocó entre los platos paralelos
y se aplicó silicona líquida en los
bordes con el objetivo de prevenir la
evaporación de agua de la muestra
y evitar la adherencia de la muestra
al sistema de platos. Las condiciones
de medición se seleccionaron de
manera tal de evaluar las muestras
en el rango de comportamiento vis-
coelástico lineal es decir perturban-
do la muestra de manera de no pro-
vocar una deformación permanente.
Se empleó una frecuencia de 1 Hz
con una deformación del 0,01%.
Durante las mediciones se registró la
evolución en el tiempo del módulo
de almacenamiento o elástico (G’),
el módulo de pérdida o viscoso (G’’)
y la tangente del ángulo de pérdida
(tan δ=G’’/G’) que indica el carácter
viscoelástico del material. La transi-
ción de una estructura viscosa (sol)
a una viscoelástica (gel) durante la
evolución del pH por hidrólisis del
GDL es determinada por el punto
de cruce entre las curvas que descri-
ben el comportamiento del módulo
viscoso (G’’) y del módulo elástico
(G’), momento en el cual el ángu-
lo de desfasaje es de 45º. Luego de
este punto de cruce o “punto gel”,
G’ asciende notoriamente y se ob-
serva el consecuente descenso de la
tan δ. Se tomará G’=G’’ como punto
de gelicación (tgel) (Tanaka 2012).
La Figura 7 muestra un ejemplo de
las curvas obtenidas para G’ y G’’
cuando una emulsión estabilizada
con 5% de caseinato de sodio y for-
mulada con 10% de aceite de gira-
sol como fase grasa se transformó en
gel empleando doble concentración
de GDL. Los tiempos de gelicación
obtenidos a partir de medidas reo-
lógicas resultaron ser similares a los
medidos por Turbiscan no obtenién-
dose diferencias signicativas entre
los dos métodos.
El valor del módulo elástico del
gel a tiempos largos, valor al cual
converge asintóticamente durante su
evolución da una noción de la dure-
za del mismo una vez que no sufre
TABLA I
Tiempos de gelicación de emulsiones de caseinato de sodio de distintas composiciones medidos por Turbiscan.
CIENCIA E INVESTIGACIÓN - TOMO 64 Nº 2 - 2014
14
cambios estructurales grandes. En la
Figura 8 se gracó el valor de G’ a
tiempos largos en función de la con-
centración de caseinato de sodio del
gel y de la cantidad de ácido. Los
datos corresponden a geles con 20%
de sacarosa. Tanto para la relación
proteína/ácido 5:1 como para la 5:2
las tendencias de G’ a tiempos lar-
gos resultaron similares lo cual indi-
ca que las características mecánicas
del gel formado no dependen de la
velocidad de gelicación (al menos
en el orden de tiempo ensayado).
Desde el punto de vista industrial en
el momento de diseñar el proceso
de producción podría evaluarse qué
resulta más económico si emplear
menos reactivo o que el proceso se
produzca en menor tiempo.
CONCLUSIONES
Dada la legislación vigente y el
hecho que la FDA está muy cerca
de aprobar una regla quitándole la
condición de GRAS (generalmen-
te reconocidas como seguras) a las
grasas trans es importante explorar
estrategias para su reemplazo en
los alimentos o procesos que permi-
tan obtener productos sólidos em-
pleando aceites. En este sentido la
gelicación de emulsiones es muy
promisoria no sólo para su empleo
en alimentos sino también para apli-
caciones en la industria farmacéuti-
ca. Geles como los descriptos nos
permitirían preparar por ejemplo
postres que en lugar de grasas satu-
radas y trans contuvieran ácidos gra-
sos esenciales o beneciosos para la
salud convirtiendo a estos postres en
alimentos funcionales.
GLOSARIO
ácido graso: es un lípido cuya mo-
lécula está formada por una larga
cadena hidrocarbonada lineal, de
diferente longitud o número de áto-
mos de carbono, que tiene en un ex-
tremo un grupo carboxilo.
Figura 7: Módulo elástico (G’) y módulo viscoso (G’’) en función del tiempo para emulsiones de caseinato de
sodio y girasol (I y III) y las mismas emulsiones con el agregado de 20% de sacarosa (II y IV), gelicadas con
simple (I y II) y doble (III y IV) cantidad de ácido. En todos los casos G’ es la curva inferior previamente al punto
de gelicación y la superior con posterioridad al mismo.
15
Gelicación de emulsiones de caseinato de sodio como alternativa a las grasas trans
Figura 8: Módulo elástico G’ a tiempos largos (3h) para procesos de gelicación con simple cantidad
de ácido, relación proteína/ácido 5:1 (rombos azules) y doble cantidad de ácido, relación proteína/
ácido 5:2 (cuadrados rojos) para emulsiones formuladas con 20% p/p de sacarosa y cantidades vari-
ables de caseinato de sodio.
glicerol: es un alcohol de tres áto-
mos de carbono, de cadena lineal
cuya molécula posee tres grupos hi-
droxilos.
alimento funcional: todo aquel ali-
mento que tiene apariencia similar a
la de un alimento convencional, se
consume como parte de una dieta
normal y además de su función nu-
tritiva básica, se ha demostrado que
presenta propiedades siológicas
beneciosas y/o reduce el riesgo de
contraer enfermedades crónicas.
DHA: El ácido docosahexaenoico es
un ácido graso de la serie omega-3
que posee una cadena de 22 carbo-
nos y 6 insaturaciones.
EPA: El ácido eicosapentanoico es
un ácido graso de la serie omega 3
que posee una cadena de 20 carbo-
nos y 5 insaturaciones.
punto isoeléctrico: es el pH al cual
un polielectrolito tiene carga neta
cero.
estabilidad: El término estabilidad
de la emulsión se reere a la capa-
cidad de una emulsión para resistir
los cambios en sus propiedades -
sicoquímicas en el tiempo: cuanto
mayor es la estabilidad, más extenso
es el tiempo necesario para alterar
sus propiedades
cremado: La diferencia de densidad
entre las gotas y la fase dispersa de
una emulsión provoca que el siste-
ma experimente fuerzas externas,
usualmente gravitacionales o centrí-
fugas. Cuando estas fuerzas superan
el movimiento aleatorio de las gotas
provocado por agitación térmica
(movimiento Browniano) se acumu-
la un gradiente de concentración de
tal manera que las gotas grandes se
mueven más rápidamente hacia la
parte superior del recipiente (si su
densidad es menor que la del me-
dio) o hacia la parte inferior (si es
mayor). Esta migración provoca, en
última instancia, la separación de
las fases. Si las gotas poseen una
densidad menor que el líquido cir-
cundante (típicamente, emulsiones
O/W) tienden a ascender, esto es, a
cremar.
Floculación: Las gotas de una emul-
sión están en constante movimien-
to -debido a efectos gravitatorios,
energía térmica o fuerzas mecánicas
aplicadas- lo que produce una alta
frecuencia de choques entre ellas.
Producida una colisión, las gotas
pueden separarse o formar agrega-
dos, dependiendo de la magnitud
relativa de las interacciones atracti-
vas y repulsivas. Estos agregados, a
su vez, corresponden a dos procesos
diferentes: cuando dos o más gotas
se asocian entre sí manteniendo su
identidad individual, se trata de un
fenómeno de oculación.
Coalescencia: se denomina coales-
cencia al mecanismo por el cual las
gotas se unen para formar una única
CIENCIA E INVESTIGACIÓN - TOMO 64 Nº 2 - 2014
16
gota de mayor tamaño perdiendo su
individualidad.
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NOTA PROVISTA POR EL MINISTERIO DE CIENCIA, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN PRODUCTIVA
Recuperación de tecnologías ancestrales y sustentables en Jujuy
La vicuña como modelo de producción sustentable
Ciencia e historia se unen para preservar a la vicuña
Cazando vicuñas anduve en los cerros
Heridas de bala se escaparon dos.
- No caces vicuñas con armas de fuego;
Coquena se enoja, - me dijo un pastor.
- ¿Por qué no pillarlas a la usanza vieja,
cercando la hoyada con hilo punzó?
- ¿Para qué matarlas, si sólo codicias
para tus vestidos el no vellón?
Juan Carlos Dávalos, Coquena
Lo primero es pedir permiso a la Pachamama. Porque a ella, en la cosmovisión andina, pertenecen las vicuñas que se
extienden por el altiplano de Perú, Bolivia, Chile y Argentina. Una ceremonia ancestral, unida a la ciencia moderna,
permite que comunidades y cientícos argentinos exploten de manera sustentable un recurso de alto valor económi-
co y social.
La vicuña es una especie silvestre de camélido sudamericano que habita en la puna. Hasta 1950-1960 estuvo en serio
riesgo de extinción debido a la ausencia de planes de manejo y conservación. Desde la llegada de los españoles se
comenzó con la caza y exportación de los cueros para la obtención de la bra, que puede llegar a valer U$S600 por
kilo, lo que llevo a la casi desaparición de estos animales. Por ese entonces, la población de vicuñas en América era
cercana a los 4 millones de ejemplares, en 1950 no eran más de 10.000.
A nes de la década del 70 Argentina, Bolivia, Chile, Perú y Ecuador rmaron un Convenio para la conservación y
manejo de la vicuña que permitió recuperar su población hasta contar en la actualidad con más de 76 mil ejemplares
en nuestro país.
En Santa Catalina, Jujuy, a 3.800 metros sobre el nivel del mar, investigadores de CONICET, junto a comunidades y
productores locales, han logrado recuperar una tecnología prehispánica sustentable para la obtención de la bra de
vicuña. Se trata de una ceremonia ancestral y captura mediante la cual se arrean y esquilan las vicuñas silvestres para
obtener su bra. Se denomina chaku y se realizaba en la región antes de la llegada de los conquistadores españoles.
Según Bibiana Vilá, investigadora independiente de CONICET y directora del grupo Vicuñas, Camélidos y Ambiente
(VICAM) “Hoy podemos pensar en volver a hacer ese chaku prehispánico sumado a técnicas que los cientícos apor-
tamos para que las vicuñas pasen por toda esa situación sufriendo el menor stress posible. Las vicuñas vuelven a la
naturaleza, la bra queda en la comunidad, y nosotros tomamos un montón de datos cientícos.”
El chaku
El chaku es una práctica ritual y productiva para la esquila de las vicuñas. Durante el imperio inca, las cacerías reales
o chaku eran planicadas por el inca en persona. En esta ceremonia se esquilaba a las vicuñas y se las liberaba nue-
vamente a la vida silvestre. La bra obtenida era utilizada para la confección de prendas de la elite y su obtención
estaba regulada por mecanismos políticos, sociales, religiosos y culturales. Se trata de un claro ejemplo de uso sus-
tentable de un recurso natural. Hugo Yacobaccio, zooarqueólogo e investigador principal de CONICET, explica que
“actualmente el chaku concentra hasta 80 personas, pero durante el imperio inca participaban de a miles. Hoy las
comunidades venden esa bra a acopiadores textiles y obtienen un ingreso que complementa su actividad económica
principal, el pastoreo de llamas y ovejas”.
El proceso comienza con la reunión de todos los participantes, luego toman una soga con cintas de colores reunidos
en semicírculo y arrean lentamente a las vicuñas guiándolas hacia un embudo de red de 1 km de largo que des-
emboca en un corral. Cuando los animales están calmados se los esquila manipulándolos con sumo cuidado para
reducir el stress y se los libera. Hoy, 1500 años después del primer registro que se tiene de esta ceremonia, la ciencia
argentina suma como valor agregado: el bienestar animal y la investigación cientíca. En tiempo del imperio Inca, el
chaku se realizaba cada cuatro años, actualmente se realiza anualmente sin esquilar a los mismos animales “se van
rotando las zonas de captura para que los animales renueven la bra” explica Yacobaccio. Según Vilá “es un proyecto
que requiere mucho trabajo pero que demuestra que la sustentabilidad es posible, tenemos un animal vivo al cual
esquilamos y al cual devolvemos vivo a la naturaleza. Tiene una cuestión asociada que es la sustentabilidad social ya
que la bra queda en la comunidad para el desarrollo económico de los pobladores locales.”
Yanina Arzamendia, bióloga, investigadora asistente de CONICET y miembro del equipo de VICAM, explica que se
esquilan sólo ejemplares adultos, se las revisa, se toman datos cientícos y se las devuelve a su hábitat natural. Además
destaca la importancia de que el chaku se realice como una actividad comunitaria “en este caso fue impulsada por
una cooperativa de productores locales que tenían vicuñas en sus campos y querían comercializar la bra. Además
participaron miembros del pueblo originario, estudiantes universitarios y cientícos de distintas disciplinas. Lo ideal es
que estas experiencias con orientación productiva tengan una base cientíca.”
Paradojas del éxito.
La recuperación de la población de vicuñas produjo cierto malestar entre productores ganaderos de la zona. Muchos
empezaron a percibir a la vicuña como competencia para su ganado en un lugar donde las pasturas no son tan abun-
dantes. En este aspecto el trabajo de los investigadores de CONICET fue fundamental, según Arzamendia “el chaku
trae un cambio de percepción que es ventajoso para las personas y para la conservación de la especie. Generalmente
el productor ve a las vicuñas como otro herbívoro que compite con su ganado por el alimento y esto causa prejuicios.
Hoy comienzan a ver que es un recurso valioso y ya evalúan tener más vicuñas que ovejas y llamas. Nuestro objetivo
es desterrar esos mitos”, concluye.
Pedro Navarro es el director de la Cooperativa Agroganadera de Santa Catalina y reconoce los temores que les produjo
la recuperación de la especie: “Hace 20 años nosotros teníamos diez, veinte vicuñas y era una esta verlas porque
habían prácticamente desaparecido. En los últimos años se empezó a notar un incremento y más próximamente en el
último tiempo ya ese incremento nos empezó a asustar porque en estas ncas tenemos ovejas y tenemos llamas”. Na-
varro identica la resolución de estos problemas con el trabajo del grupo VICAM: “Yo creo que como me ha tocado a
mí tener que ceder en parte y aprender de la vicuña y de VICAM, se puede contagiar al resto de la gente y que deje de
ser el bicho malo que nos perjudica y poder ser una fuente más productiva.”
La bra de camélido
Además de camélidos silvestres como la vicuña o el guanaco, existen otros domesticados como la llama cuyo manejo
es similar al ganado, para impulsar la producción de estos animales y su bra, el Estado ha desarrollado dos instru-
mentos de fomento. En la actualidad se encuentran en evaluación varios proyectos para generar mejoras en el sector
productor de bra na de camélidos que serán nanciados por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Pro-
ductiva. Se trata de dos Fondos de Innovación Tecnológica Sectorial destinados a la agroindustria y al desarrollo social
que otorgarán hasta $35.000.000 y $8.000.000 respectivamente. Los proyectos destinados a la Agroindustria son aso-
ciaciones entre empresas y organismos del sector público con el objetivo de mejorar la calidad de la bra de camélido
doméstico a partir del desarrollo de técnicas reproductivas, mejoramiento genético e innovaciones en el manejo de
rebaños; incorporar valor a las bras a partir de mejoras en la materia prima o el producto nal; permitir la trazabilidad
de los productos para lograr su ingreso en los mercados internacionales y fortalecer la cadena de proveedores y generar
empleos calicados.
La convocatoria Desarrollo Social tiene como n atender problemas sociales mediante la incorporación de innovación
en acciones productivas, en organización social, en el desarrollo de tecnologías para mejorar la calidad de vida de
manera sostenible y fomentar la inclusión social de todos los sectores. Otorgará hasta $8.000.000 por proyecto que
mejore las actividades del ciclo productivo de los camélidos domésticos, la obtención y/o el procesamiento de la bra,
el acopio, el diseño y el tejido, el eltro y la confección de productos.