Funcionalidad de hidrocoloides en la digestibilidad de emulsiones aceite/agua

Résumé

La presente tesis doctoral se centra en el estudio de las propiedades físicas y la digestibilidad lipídica de emulsiones alimentarias basadas en hidrocoloides, para valorar su aplicación como sustitutos de grasa en la reformulación de un producto final más saludable. La obtención de alimentos más saludables se puede conseguir a través de diferentes vías; o bien disminuyendo la cantidad de grasa presente, o bien disminuyendo la digestibilidad de la grasa, considerándose también un aspecto clave la mejora del perfil lipídico. Teniendo estos aspectos en cuenta, se diseñaron y estudiaron emulsiones formuladas con diferentes tipos de grasa estabilizadas por diferentes tipos de matrices poliméricas, con la finalidad de evaluar sus propiedades estructurales, su digestibilidad y su funcionalidad en la aplicación en un producto final, en este caso cremas de relleno. Se diseñaron emulsiones semisólidas aceite vegetal/agua estabilizadas con hidrocoloides de distinta naturaleza (éteres de celulosa y goma xantana). La caracterización reológica de las emulsiones mostró diferentes patrones de comportamiento dependiendo del tipo de hidrocoloide empleado. Este comportamiento estructural se relacionó con la resistencia a la digestión, es decir, con la digestibilidad de la grasa presente. La grasa liberada de la matriz tras la digestión es un indicador de la resistencia estructural; cuanto más resistente sea la estructura después de la digestión, mayor será la barrera que ejercerá contra un contacto físico apropiado entre el lípido emulsionado y las enzimas digestivas y, por tanto, menor será la generación de ácidos grasos libres. Comparando con una emulsión control sin hidrocoloide, todos los hidrocoloides fueron efectivos en la reducción de la digestibilidad lipídica, aunque se encontraron diferencias según su composición. En el caso de la goma xantana, la reducción en la digestibilidad lipídica se potenció en presencia del emulsionante Tween 80. Para valorar el efecto de la fase grasa en la emulsión y con la finalidad de aumentar la plasticidad de las emulsiones se elaboraron emulsiones con grasa con un mayor contenido en ácidos grasos saturados, sólida a temperatura ambiente, en concreto grasa de leche anhidra. Si bien estas emulsiones no suponen una mejora en cuanto al perfil lipídico de las grasas que contienen, sí que constituyen una ventaja por presentar un contenido de grasa (47%) notablemente inferior al que presenta la mantequilla o los shortening convencionales (80%). Se demostró que es posible formular emulsiones de éteres de celulosa con grasa sólida con características untables y reducido contenido en grasa. La calidad de la textura dependió del tipo de éter de celulosa empleado, que afectó la morfología de los cristales de grasa y, en consecuencia, las propiedades estructurales y térmicas. La estructura compacta original de la grasa se mejoró por la presencia de los hidrocoloides, y se demostró que estas emulsiones permitían obtener un producto estable y plástico reducido en grasa, más blando que la mantequilla y untable a temperatura de refrigeración y temperatura ambiente, pudiéndose emplear como un producto directamente untable o en aplicaciones alimentarias que requieren propiedades plásticas. Para evaluar la funcionalidad de las emulsiones de baja digestibilidad en una matriz alimentaria, estas se aplicaron como sustituto de grasa en una crema de relleno. Se diseñaron cremas elaboradas con leche en polvo, agua, azúcar, almidón y emulsiones formuladas con diferentes tipos de grasa (aceite de girasol y aceite de palma) y diferentes hidrocoloides (metilcelulosa, hidroxipropilmetilcelulosa y goma xantana). Se estudió el efecto de las distintas emulsiones en las propiedades estructurales y la digestibilidad del producto final. La digestión oral produjo una reducción de la consistencia en todas las muestras, asociada a la hidrólisis del almidón llevada a cabo por la α-amilasa presente en la saliva. Esta disminución fue mucho más pronunciada en la crema control sin hidrocoloide, ya que, en las cremas con emulsión, las redes de los hidrocoloides no se vieron afectadas por el efecto enzimático y continuaron proporcionando estabilidad al sistema. Tras la fase gástrica, en las cremas formuladas con las emulsiones de éteres de celulosa se observó una disminución de la consistencia, debida principalmente al nivel de dilución del sistema y no a las condiciones gástricas (pH ácido o presencia de enzimas). Sin embargo, en la crema con goma xantana, las condiciones la fase gástrica generaron, al igual que ocurría en la emulsión aislada, un aumento de la consistencia. La etapa de digestión intestinal afectó a la estructura de todos los sistemas, aunque de forma más notable en la crema control, en la cual la grasa fue digerida casi de forma total por la acción de la lipasa pancreática. La digestibilidad lipídica fue menor en las cremas con emulsiones basadas en hidrocoloides en comparación con la crema control. Como en el caso de las emulsiones, en las cremas la presencia del hidrocoloide actúa como una barrera física que confiere estabilidad estructural y dificulta la acción efectiva de las enzimas. Adicionalmente, se realizó un estudio termorreológico de las distintas cremas para evaluar su aplicación industrial. Los resultados mostraron diferencias importantes en la viscosidad y en las propiedades viscoelásticas a temperatura ambiente. La crema con emulsión elaborada con una metilcelulosa de alto grado de metoxilación (MX) fue diferente al resto de las cremas de celulosa, con un comportamiento similar al de la crema de control basada en almidón. Estas diferencias detectadas en la consistencia inicial se redujeron significativamente a velocidades de untado (velocidades de cizalla más altas). La evolución del módulo de almacenamiento (G’) con la temperatura mostró diferentes temperaturas de gelificación dependiendo de la sustitución química de los éteres de celulosa. A 45 °C las cremas con metilcelulosa A4M y MX se encuentran gelificadas, mientras que las cremas con hidroxipropilmetilcelulosa gelificaron a mayor temperatura. A 70 °C todas las cremas con emulsión se encuentran gelificadas y presentaron características análogas tanto en el flujo como en el comportamiento viscoelástico. Por tanto, la sustitución química de los éteres de celulosa y la temperatura son factores clave a considerar para llevar a cabo la aplicación de las cremas estudiadas como alternativa a las grasas convencionales, teniendo en cuenta las características deseadas y el proceso de aplicación. Finalmente se evaluó la aceptabilidad y los atributos sensoriales que mejor describían las cremas con cacao con las emulsiones formuladas con todos los hidrocoloides estudiados (metilcelulosas (MX y A4M), hidroxipropilmetilcelulosas (F4M y K4M) y goma xantana. Se evaluó la percepción del consumidor mediante un test de aceptabilidad en el que los catadores calificaron las muestras de acuerdo a la aceptabilidad general, la apariencia, el color, el sabor y la textura. La crema control fue la muestra que presentó las mejores puntuaciones, aunque la crema con emulsión de goma xantana obtuvo puntuaciones similares en apariencia, color y textura. Para determinar los atributos sensoriales que mejor se relacionaban con la aceptabilidad, se realizó un cuestionario CATA (Marque todo lo que corresponda, “Check-All-That Apply”). Los consumidores marcaron los atributos que consideraron apropiados para describir cada muestra y se determinó la frecuencia de mención de cada uno de ellos. La crema control fue la que más gustó a los consumidores, aunque la crema formulada con la emulsión de goma xantana presentó una aceptabilidad cercana a esta. Ambas presentaron las mejores cualidades organolépticas, como el sabor dulce y la apariencia cremosa y suave. Aunque la crema con MX presentó atributos como el sabor dulce, también se consideró demasiado brillante y con textura grumosa. Por otro lado, las cremas elaboradas con A4M y K4M se caracterizaron por su textura grumosa y apariencia gomosa, y su sabor fue evaluado negativamente por el panel.