PRÁCTICA 5 - biblioteca upibi

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE
BIOTECNOLOGÍA
QUÍMICA Y FUNCIONALIDAD DE LOS
ALIMENTOS
PRÁCTICA 5
PRODUCCIÓN DE GELES
1. OBJETIVOS
a) Explicar el rol funcional de cada uno de los siguientes ingredientes en la
formación de geles: pectinas de alto y bajo grado de metoxilo, ácido,
sacarosa u otros agentes edulcorantes y agua.
b) Entender los cambios en rendimiento, elasticidad y suavidad que ocurre
en geles de pectina cuando las temperaturas y concentraciones del
edulcorante, ácido y de pectina son variadas.
c) Formular una interpretación de la teoría de formación de geles.
d) Explicar la relación entre la fuerza del gel y el porcentaje SAG y las
lecturas del penetrómetro.
2. INTRODUCCIÓN
Los geles son sustancias semirrígidas y elásticas formadas por dispersiones
coloidales o soles. El agua, componente de la fase continua de la mayoría de los
geles, se encuentra inmovilizada en los espacios microcapilares constituidos por
moléculas de agente gelificante. La red de éste atrapa a las moléculas del agua
en los intersticios.
MANUAL DE PRÁCTICAS DE
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En condiciones apropiadas un sólo coloidal de pectina puede transformarse en
un gel. Los ingredientes esenciales de la mayoría de los geles de pectina son,
además de ésta, agua, azúcar y ácido orgánico.
Almidón.
Sustancias pécticas
Existen diferentes tipos de sustancias pécticas que se obtienen principalmente
del bagazo residual obtenido de la producción de jugos de manzana y de las
frutas cítricas. Estas sustancias tienen en común estar constituidas por
moléculas de ácido galacturónico, unidas entre sí por enlaces glucosídicos –
D1,4 para formar polímeros. Los grupos carboxilo pueden estar esterificadas con
metanol, insolubles en agua y responsables de la dureza de los frutos verdes;
los ácidos pectínicos, parcialmente esterificados; los ácidos pécticos, sin
esterificar, y las pectinas que son ácidos pectínicos con diferentes grados de
esterificación y se localizan en manzanas, peras y específicamente en el albedo
(capa blanca e interna de la cáscara). Éstas últimas son las de importancia
comercial, ya que son responsables del cuerpo o consistencia del jugo de
naranja o bien deben eliminarse en jugos de manzana y uva por medio de la
clarificación. También se les utiliza como agente gelificante, debido a ser
hidrofílicas, en la fabricación de mermeladas, jaleas y ates. La concentración
final de pectina en gel dependerá de la cantidad evaporada de agua, la
proporción de pectina/azúcar añadida antes de la evaporación. Dependiendo de
la calidad de la pectina, se determinará la cantidad requerida para la formación
del gel.
Agua
Su función es formar diferentes tipos de dispersiones, con la pectina, un gel y
con el ácido y azúcar, soluciones.
Azúcar
La función del azúcar es reducir la actividad acuosa del sistema, deshidratando
las moléculas de pectina. Las pectinas de bajo grado de metoxilo no requieren
azúcar para gelificar o muy poca, debido a la presencia de iones divalentes que
forman puentes entre las cadenas. En cambio las de alto grado de metoxilo (5580% de grupos carboxilo esterificados) si requieren del azúcar. La cantidad de
azúcar dependerá de la cantidad y calidad de la pectina. Existen dos métodos de
control de la concentración del azúcar en el gel final. La mezcla puede hervirse
hasta un peso determinado, calculado con base en la cantidad de azúcar
combinada con la pectina. O bien, el punto de ebullición tomarse como índice de
la concentración final de azúcar en el gel formado. Aproximadamente esta
concentración está entre 60-65%. Esto significa que la formación de los geles de
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QUÍMICA Y FUNCIONALIDAD DE LOS ALIMENTOS
pectina se ha llevado a cabo cuando la concentración de azúcar es capaz de
elevar el punto de ebullición de la mezcla a 103-105°C.
Ácido
El ácido actúa neutralizando la carga de los grupos carboxílicos de la pectina,
incrementándose la tendencia a asociarse de las moléculas de pectina para
formar el gel. A bajo de un valor de pH de 3.5 aumenta la firmeza del gel. Ésta
alcanza un óptimo entre valores de 3.4 y 2.8. La sinéresis ocurre cuando el valor
de pH es menor al óptimo. Los ácidos empleados en la estructuración de geles
son el ácido cítrico, málico, láctico y tartárico o se puede usar vinagre o jugo de
cítricos. Si el ácido se adiciona antes de la evaporación puede hidrolizar a la
sacarosa (producción de azúcar invertido) y de esta manera prevenir su
cristalización en geles almacenados.
3. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR
a)
b)
c)
d)
e)
¿Cuál es la diferencia entre gelatinización y gelificación? Describa
ambos procesos.
¿Cuál es la diferencia entre gelatinización y dextrinización del almidón?
¿Cuáles son las diferencias de las moléculas que conforman al
almidón ?
¿En qué proporción se encuentran en los almidones
empleados en la práctica? ¿Y en los almidones de maìces cereo y
alto en amilasa? ¿Cómo es la gelatinización y gelificación de estos
almidones?
¿Qué es sinéresis y retrogradación?
¿Cuáles son los cuatro ingredientes esenciales de cualquier gel de
pectina de alta metoxilación? ¿Cuál es el rol desempeñado por cada
ingrediente? Explicar los roles en relación con la comúnmente aceptada
teoría de formación de geles.
f)
¿Qué efectos se advierten cuando: i) El contenido de sacarosa es
incrementado o disminuido; ii) La concentración de pectina es
incrementada o disminuida; iii) La concentración de ácido es
incrementada y iv) Los edulcorantes bajos en calorías son disminuidos
en los geles de bajo grado de metoxilo?
g)
¿Qué ocurre cuando los edulcorantes bajos en calorías son usados en
lugar de sacarosa en los geles de pectina de alto grado de metoxilo?
¿Por qué?
h)
¿Cuál es la diferencia en la composición de la pectina entre geles de
alta y baja concentración de azúcar?
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i)
¿Qué efectos tiene la temperatura final en la fuerza del gel de pectina?
¿Por qué la temperatura es un indicador de la terminación de un gel de
pectina?
j)
Explicar el método para determinar el porcentaje SAG. Si el porcentaje
SAG es más alto para un gel que para otro, ¿cuál gel de pectina es más
suave?
k)
¿Son diferentes las características sensoriales y no sensoriales para los
geles de pectina de bajo grado de metoxilo en comparación con los de
alto grado? Si la respuesta es afirmativa, ¿por qué?
Explicar por qué los cristales de sacarosa pueden presentarse en geles
de pectina y plantear una solución a este problema.
l)
4. MATERIALES Y REACTIVOS
4.1 Geles de almidón
Termómetro
Vasos de precipitados
Frascos de gerber
Probetas de 250 mL
Cacerolas de ¼ L
Skewers
Baños
Papel aluminio
Parrillas eléctricas
Balanzas granatarias
Cucharas
Almidón de maíz (maicena)
Almidón o harina de arroz
Almidón de papa
Harina de trigo
Harina para pastel o hot cake
Sacarosa
Hielo
4.2. Geles de pectinas
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Cacerolas chicas
Cacerolas grandes para esterilización
Termómetros
Estufa
Frascos para gelatina y tapaderas
Aspartamo
Brochetas
Galletas saladas
Jugo de limón
Jugo de manzana enlatado y no
azucarado
Papel aluminio
Pectina granular
Parafina
Pectina líquida
Vasos de precipitados de 50 y 500 mL Sacarina líquida
Penetrómetro con émbolo de cabeza Sacarosa
plana
Potenciómetro
Soluciones amortiguadoras de pH 7.0 y
4.0
5. DESARROLLO EXPERIMENTAL
5.1.
Geles de Almidón
Elaboración de la formulación base. Medir en una probeta 236 mL de agua y
verterla a una cacerola, agregar poco a poco y agitando 16 g de almidón de
maíz.
Procedimiento básico.
a) Calentar la suspensión de almidón de maíz a temperatura
media, agitando continuamente para evitar la formación de
grumos y quemaduras.
b) Continuar calentando hasta alcanzar una franca ebullición
y registrar la temperatura.
c) Seguir la ebullición por un minuto con agitación. Cuando
se alcance los 90°C, tomar 20 mL y hacer la prueba de
expansión. Registrar el área.
d) Calificar la opacidad de la suspensión
e) El resto de la suspensión transferirlo a un frasco, tapar y
ponerlo en baño de hielo hasta alcanzar los 30°C.
f) Tomar 20 mL de la suspensión, realizar la prueba de
expansión y registrar el área.
g) En caso de formarse un gel medir la altura, además del
área.
h) Calificar la opacidad de la suspensión.
Variables
a) Realizar el procedimiento anterior con los siguientes almidones o harinas
en lugar del de maíz:
 Arroz.
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


Papa
Harina de trigo
Harina para pastel o hot cake.
b) Preparar la suspensión básica con 50 g de sacarosa y realizar el
procedimiento básico.
c) Preparar la suspensión básica con 60 mL de jugo de limón y realizar el
procedimiento básico.
d) Preparar la suspensión básica con 25 g de sacarosa y 30 mL de jugo de
limón. Realizar el procedimiento básico.
Pruebas de Evaluación
a) Prueba de expansión. En una hoja de papel de aluminio verter la
suspensión de almidón y marcar el área ocupada. Retirar la suspensión y
recortar la superficie y marcarla en papel milimétrico. Determinar el área.
b) Porcentaje de Sag. Medir la altura de la suspensión enfriada en el
frasco. Voltear el frasco y volver a medir la altura. El orcentaje de Sag
se calcula a partir de la fórmula siguiente:
% SAG = altura del gel en el frasco - altura del gel fuera del frasco
altura del gel en el frasco
X 100
c) Calificar la opacidad de las suspensiones y geles de acuerdo a la
siguiente escala: 1 = opaca 2 = ligeramente opaca y 3 = clara.
5.2.
Geles de Pectinas
Procedimiento para la esterilización de frascos y tapaderas
a) Seleccionar cuatro frascos termorresistentes con tapaderas y revisar que
no tengan defectos. Limpiar y escurrir su contenido.
b) Esterilizar los frascos y tapaderas en una cacerola grande que contenga
agua a ebullición durante 10 minutos. Mantener caliente.
5.3.
Geles de Pectina de Alto Grado de Metoxilo
Formulación base:
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1. Jugo de manzana enlatado y no azucarado 473 mL, sacarosa 700g y
pectina líquida 90 mL.
Procedimiento básico:
a) Pesar los ingredientes en una balanza.
b) Colocar el jugo y el edulcorante dentro de una cacerola chica. Llevar la
mezcla a ebullición, agitando constantemente.
c) Adicionar la pectina líquida agitando sin desparramar. Mantener a
ebullición por un minuto, agitando constantemente. Quitar del fuego y
remover la espuma con una cuchara.
d) Colocar 25 mL de muestra dentro de una jarra de 50 mL. Enfriar a 40°C y
medir el pH de la mezcla. Registrar el resultado en la hoja de datos.
Inmediatamente servir la mezcla en dos frascos calientes, dejando 1.5 cm
entre la superficie de la mezcla y el borde del recipiente. Cuidar que no se
desparrame la mezcla en el recipiente.
e) Rápidamente sellar los geles de pectina añadiendo aproximadamente 20
mL de parafina caliente sobre la superficie del gel. Eliminar cualquier
burbuja de aire formada. Cubrir los frascos con tapaderas calientes o
papel aluminio.
f) Etiquetar los productos y guardarlos en frío hasta su evaluación posterior.
Variables:
Agentes edulcorantes (seguir el procedimiento básico para geles de pectina de
alto grado de metoxilo).
a) Sacarosa (control). Preparar la formulación base.
b) Aspartame. Preparar la formulación base, sustituyendo la sacarosa por
84g de aspartame. Adicionar este edulcorante después del proceso de
ebullición.
Concentraciones de sacarosa (seguir el procedimiento básico para geles de
pectina de alto grado de metoxilo).
a) 350g de sacarosa (50%). Preparar la formulación base usando solamente
350g de sacarosa.
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b) 1050g de sacarosa (150%). Preparar la formulación base usando 1075g
de sacarosa.
Concentraciones de ácido (seguir el procedimiento básico para geles de pectina
de alto grado de metoxilo).
a) 10 mL de jugo de limón. Preparar la formulación con la adición de sólo 10
mL de jugo de limón.
b) 50 mL de jugo de limón. Preparar la formulación base adicionando sólo 50
mL de jugo de limón.
Concentraciones de pectina (seguir el procedimiento básico para geles de
pectina de alto grado de metoxilo).
a) 23 mL de pectina líquida (25%). Preparar la formulación usando
solamente 23 mL de pectina líquida.
b) 113 mL de pectina líquida (125%). Preparar la formulación base usando
113 mL de pectina líquida.
5.4.
GELES DE PECTINA DE BAJO GRADO DE METOXILO
Formulación base:
a) Jugo de manzana enlatado y no azucarado 473 mL, aspartamo 8.5g y
pectina granulada 24.5 mL.
Procedimiento básico:
b) Pesar los ingredientes en una balanza de alta carga.
c) Colocar el jugo y la pectina granular dentro de una cacerola chica y
mezclar bien. Llevar a ebullición sin desparramar. Mantener a ebullición
por dos minutos, agitando constantemente.
d) Quitar del fuego y adicionar el aspartame mezclando completamente.
Remover la espuma con una cuchara.
e) Colocar 25 mL de muestra dentro de una jarra de 50 mL. Enfriar a 40°C y
medir el pH de la mezcla. Registrar el resultado en la hoja de datos.
Inmediatamente servir la mezcla en dos frascos calientes, dejando 1.5 cm
entre la superficie de la mezcla y el borde del recipiente. Cuidar que no se
desparrame la mezcla en el recipiente.
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f) Rápidamente sellar los geles de pectina añadiendo aproximadamente 20
mL de parafina caliente sobre la superficie del gel. Eliminar cualquier
burbuja de aire formada. Cubrir los frascos con tapaderas calientes o
papel aluminio.
g) Etiquetar los productos y guardarlos en frío hasta su evaluación posterior.
Variables:
Agentes edulcorantes (seguir el procedimiento básico para geles de pectina de
bajo grado de metoxilo).
a) Aspartame (control). Preparar la formulación base de los productos de
bajo grado de metoxilo.
b) Sacarina. Preparar la formulación base, sustituyendo el aspartame por 12
mL de sacarina.
Concentraciones de edulcorante (seguir el procedimiento básico para geles de
bajo grado de metoxilo).
a) 0g de aspartame (0%). Preparar la formulación base del producto de baja
metoxilación sin adicionar los 8.5g de aspartame.
b) 4.3g de aspartame (50%). Preparar la formulación base usando sólo 4.3g
de aspartame
Concentraciones de ácido (seguir el procedimiento básico para geles de pectina
de bajo grado de metoxilo).
a) 125 mL de jugo de limón. Preparar la formulación base con la adición de
125 mL de jugo de limón.
b) 50 mL de jugo de limón. Preparar la formulación base con la adición de 50
mL de jugo de limón.
Concentraciones de pectina (seguir el procedimiento básico para geles de
pectina de bajo grado de metoxilo).
a) 6.2g de pectina granular (25%). Preparar la formulación base usando solo
6.2g de pectina granular.
b) 31g de pectina granular (125%). Preparar la formulación base usando 31g
de pectina granular.
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5.5.
EVALUACIÓN DE LOS GELES
Penetrómetro
a) Colocar una de las muestras de gel de pectina en la plataforma del
penetrómetro y poner en funcionamiento el émbolo de cabeza plana
durante un minuto.
b) Repetir la prueba con la misma muestra y anotar los valores y el promedio
en la hoja de datos.
Porcentaje SAG
a) Medir la altura de otra muestra de gel de pectina en su recipiente e
insertar una brocheta, chocando la profundidad alcanzada. Ayudándose
de este objeto desmoldar el producto e invertirlo sobre un plato de vidrio.
b) Medir la altura del gel y calcular el porcentaje SAG de la siguiente forma.
% SAG = Altura en el recipiente - Altura fuera del recipiente x 100
Altura en el recipiente
c) Registrar el resultado en la hoja de datos.
Pruebas Sensoriales
a) Evaluar cada producto por medio de pruebas descriptivas de sabor y
firmeza/blandura de acuerdo a las escalas descriptivas (Cuadro 1).
Registrar los resultados en la hoja de datos.
Cuadro 1. Descripción de características sensoriales para geles de pectina
Características
Sabor
suavidad
1
Muy
dulce
Muy
duro
Algo
dulce
Algo
duro
Rangos descriptivos
3
Entre dulce y
ácido/metálico
Algo
ácido/metálico
5
Muy
ácido/metálico
Entre duro
Algo suave
Muy suave
Características de un producto estándar
a) Textura: Las gelatinas deben ser lo suficientemente firmes para mantener
su forma cuando se les aplican fuerzas para extenderlas. Masticable, pero
debe ofrecer una ligera resistencia a la presión ejercida por los dientes.
No debe tener gránulos.
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b) Claridad: El producto va de traslúcido a transparente.
c) Color: Agradable.
d) Sabor: Sabor pleno.
Cuadro 2. Hoja de datos. Características físicas de geles de pectina de alto
grado de metoxilo
Variables
Agentes edulcorantes
Sacarosa (control)
Aspartamo
Concentraciones de sacarosa
350g de sacarosa (50%)
1050g de sacarosa (150%)
Concentraciones de ácido
10 mL de jugo de limón
50 mL de jugo de limón
Concentraciones de pectina
23 mL de pectina (25%)
113 mL de pectina (125%)
pH
Penetrómetro
%SAG
(mm/min)
Lectura 1
Lectura 2
Promedio
Cuadro 3. Hoja de datos. Propiedades sensoriales de geles de pectina de
alto grado de metoxilo
Variables
Agentes edulcorantes
Sacarosa (control)
Aspartamo
Concentraciones de sacarosa
350g de sacarosa (50%)
1050g de sacarosa (150%)
Concentraciones de ácido
10 mL de jugo de limón
50 mL de jugo de limón
Concentraciones de pectina
23 mL de pectina (25%)
113 mL de pectina (125%)
Suavidad
Sabor
Cuadro 4. Hoja de datos. Características físicas de geles de pectina de bajo
grado de metoxilo
Variables
Agentes edulcorantes
pH
Penetrómetro
%SAG
(mm/min)
Lectura 1
Lectura 2
Promedio
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PRACTICA 5
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Aspartamo (control)
Sacarina
Concentraciones de edulcorante
0g de aspartamo (0%)
4.3g de aspartamo (50%)
Concentraciones de ácido
25 mL de jugo de limón
50 mL de jugo de limón
Concentraciones de pectina
6.2g de pectina (25%)
31g de pectina (125%)
Cuadro 5. Hoja de datos. Propiedades sensoriales de geles de pectina de
bajo grado de metoxilo
Variables
Agentes edulcorantes
Aspartamo (control)
Sacarina
Concentraciones de sacarosa
0g de aspartamo (0%)
4.3g de aspartamo (150%)
Concentraciones de ácido
25 mL de jugo de limón
50 mL de jugo de limón
Concentraciones de pectina
6.2g de pectina (25%)
31g de pectina (125%)
Suavidad
Sabor
6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
6.1.
Geles de almidón
a) De acuerdo a las definiciones de gelatinización y gelificación explicar en qué
casos ocurrieron.
b) Considerando la teoría y las diferentes evaluaciones de las suspensiones
calentadas de los diferentes almidones empleados, explicar las diferencias
encontradas.
c) Explicar el efecto de la adición de azúcar, jugo de limón y la mezcla de
ambas sustancias en la gelatinización y gelificación del almidón de maíz.
6.2.
Geles de pectina
Después de que el alumno tabule todos los resultados, los comparará y discutirá
la diferencia entre ellos consultando la literatura correspondiente considerando:
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PRACTICA 5
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a) variable: agente edulcorante, su concentración y las concentraciones de
ácido y pectina.
b) Posteriormente para el mismo tipo de variable, los efectos del tipo de
pectina, alto y bajo grado de metoxilo.
c) Realizar observaciones y sugerencias a la práctica.
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