Diseño de emulsiones O/W en base a complejos solubles de proteínas de quínoa/polisacáridos aniónicos y catiónicos para su potencial uso como aderezos bajos en lípidos

Abstract

El objetivo general de este trabajo de tesis fue obtener y caracterizar estructural, fisicoquímica, reológica y texturalmente emulsiones O/W estabilizadas por complejos solubles de proteínas de quínoa/polisacáridos aniónicos (alginato) y catiónicos (quitosano), para su potencial uso como aderezos bajos en lípidos. Inicialmente, se elaboraron y caracterizaron estructural y fisicoquímicamente los complejos solubles formados por proteínas de quínoa y alginato de sodio (Q-Alg) y proteínas de quínoa y quitosano (Q-Qo), a diferentes relaciones de combinación (4:1 a 1:4), determinando su carga eléctrica superficial (potencial-Z), su tamaño de partículas, su conductividad y fuerza iónica y su estabilidad térmica. Adicionalmente, se determinó la presencia de cambios en la estructura secundaria y terciaria de las proteínas de quínoa, producto de su interacción con los polisacáridos durante la formación de los complejos, y se identificó el tipo de interacciones intermoleculares involucradas en dicho proceso. Posteriormente, se prepararon fases acuosas de emulsiones O/W a partir de los complejos solubles de proteínas de quínoa-alginato y proteínas de quínoa-quitosano y se caracterizaron reológicamente. A partir de estas dispersiones, se obtuvieron y caracterizaron emulsiones O/W en las mismas relaciones de combinación previamente mencionadas, realizándose determinaciones de su comportamiento de flujo, su comportamiento reológico dinámico, su distribución de tamaño de partículas y su microestructura. Tomando en consideración estos datos, se seleccionó la proporción óptima para cada tipo de emulsion, escogiéndose las relaciones Q-Alg y Q-Qo 1:4. Estas emulsiones seleccionadas fueron caracterizadas en función del tiempo de almacenamiento (hasta 1 mes) y de la temperatura (5, 25 y 37°C) de las muestras, determinándose sus propiedades reológicas (comportamiento de flujo y comportamiento reológico dinámico), su distribución de tamaño de partículas, su microestructura, y su estabilidad física global y al cremado. En base a estos resultados, se seleccionó el sistema proteína-polisacárido para la elaboración del aderezo alimenticio, el cual fue preparado utilizando como base la emulsión Q-Alg 1:4, un saborizante y un colorante no calórico, y varias especias naturales. Se determinó la composición nutricional y el valor calórico del aderezo preparado y este fue sometido a un test de consumidores para determinar la aceptabilidad de dicho producto. Entre los hallazgos más importantes de la presente investigación estuvieron la factibilidad de la formación de complejos solubles Q-Alg y Q-Qo a los pHs 6 y 5,5, respectivamente. Estos complejos demostraron obtenerse y estabilizarse a través de interacciones electrostáticas débiles, interacciones hidrofóbicas y puentes de hidrógenos en el caso de los complejos Q-Alg, mientras que en el caso de los complejos Q-Qo, las interacciones principales fueron las de tipo electrostático y por puentes de hidrógeno. Adicionalmente, se observó que las relaciones 1:4, 2:3 y 3:2 para los complejos Q-Alg y las proporciones 1:4 y 2:3 para los complejos Q-Qo fueron las condiciones en las que se logró mayor interacción y en todos los casos, la interacción de las proteínas de quínoa con ambos polisacáridos produjo cambios en la estructura secundaria y terciaria de las mismas. Por otra parte, las emulsiones Q-Alg y Q-Qo 1:4 presentaron mejores propiedades reológicas, y en el caso de las emulsiones Q-Alg 1:4 mostraron además menores tamaños de partícula, por lo cual fueron seleccionadas como óptimas para la aplicación alimenticia escogida. Sin embargo, las emulsiones Q-Alg 1:4 mostraron ser mucho más estables que las emulsiones Q-Qo 1:4 debido a su mayor viscosidad, sus menores diámetros de partículas, su menor polidispersidad, y la presencia de los complejos Q-Alg que pudieron haber estabilizado las emulsiones por mecanismos electrostáticos y estéricos, por lo cual fueron seleccionadas para la preparación del aderezo. El aderezo alimenticio desarrollado demostró pudo denominarse como un producto "reducido en grasas y calorías" de acuerdo al Reglamento Sanitario de los Alimentos. Además, el estudio sensorial con consumidores del aderezo indicó un alto grado de aceptabilidad del producto en todos sus atributos sensoriales, demostrando que las emulsiones Q-Alg 1:4 pueden servir como una base para la formulación de diferentes tipos de aderezos saludables con buenas propiedades tanto reológicas como sensoriales, y estables durante el almacenamiento

The general objective of this research was to obtain and characterize structural, physicochemical, rheological and texturally O/W emulsions stabilized by soluble complexes of quínoa proteins/anionic (alginate) and cationic (chitosan) polysaccharides, for their potential use as low-fat dressings. Initially, soluble complexes formed by quínoa proteins and sodium alginate (Q-Alg) and quínoa proteins and chitosan (Q-Qo) were developed at different combination ratios (4:1 to 1:4) and characterized structurally and physicochemically, determining its surface electric charge (Z-potential), its particle size, its conductivity and ionic strength and its thermal stability. Additionally, the presence of changes in the secondary and tertiary structure of quínoa proteins, as a result of their interaction with polysaccharides during complex formation, were determined, and the type of intermolecular interactions involved in this process were identified. Subsequently, aqueous phases of O/W emulsions were prepared from the quínoa proteins-alginate and quínoa proteins-chitosan soluble complexes and were rheologically characterized. From these dispersions, O/W emulsions were obtained at the same previously mentioned combination ratios and characterized, determining their flow behavior, their dynamic rheological behavior, their particle size distribution and their microstructure. Taking these data into consideration, the optimum ratio for each type of emulsion was selected, choosing the Q-Alg and Q-Qo 1:4 ratios. These selected emulsions were characterized according to the storage time (up to 1 month) and the temperature (5, 25 and 37°C) of the samples, determining their rheological properties (flow behavior and dynamic rheological behavior), their particle size distribution, microstructure, creaming stability and overall physical stability. Based on these results, the protein-polysaccharide system suitable for the preparation of the food dressing was selected, and it was prepared using the Q-Alg 1: 4 emulsion, a non-caloric flavor and colorant, and various natural spices. The nutritional composition and the caloric value of the prepared dressing was determined and this product was subjected to a consumer test to determine its acceptability. Among the most important findings of the present investigation were the feasibility of the formation of the Q-Alg and Q-Qo soluble complexes at pHs 6 and 5.5, respectively. These complexes proved to be obtained and stabilized through weak electrostatic interactions, hydrophobic interactions and hydrogen bonds in the case of the Q-Alg complexes, while in the case of the Q-Qo complexes, the main interactions were the electrostatic interactions and the hydrogen bridges. Additionally, it was observed that the 1:4, 2:3 and 3:2 ratios for the Q-Alg complexes and the 1:4 and 2:3 ratios for the Q-Qo complexes were the conditions under which the greatest interactions were achieved, and in all cases, the interaction of quínoa proteins with both polysaccharides produced changes in their secondary and tertiary structure. On the other hand, the Q-Alg and Q-Qo 1:4 emulsions had better rheological properties; and in the case of the Q-Alg 1:4 emulsions, they also showed smaller particle sizes, so they were selected as optimal for the chosen food application. However, Q-Alg 1:4 emulsions proved to be much more stable than Q-Qo 1:4 emulsions due to their higher viscosity, lower particle diameters, lower polydispersity, and the presence of the Q-Alg complexes that may have stabilized the emulsions by electrostatic and steric mechanisms, so they were selected for the dressing preparation. The developed food dressing proved to have a low lipid content, and could be labelled as a "reduced fat and calories product" according to the sanitary food regulations. In addition, the sensory characterization of the dressing indicated a high degree of acceptability of the product in all its sensory attributes, demonstrating that Q-Alg 1:4 emulsions can serve as a basis for the formulation of different types of healthy dressings with good sensory and rheological properties and stable during storage