Los espesantes tienen las funciones de espesar, gelificar, emulsionar y estabilizar, etc., lo que puede mejorar la calidad y el aspecto de los productos alimentarios y proporcionarles un rico sabor. Los espesantes pueden obtenerse de una amplia gama de fuentes y se añaden a niveles bajos, y se han convertido en importantes aditivos alimentarios en alimentos como la carne, los productos lácteos y la pasta.

Mecanismo de acción de los espesantes

Los espesantes tienen la capacidad de alterar la reología de un sistema alimentario, es decir, la viscosidad característica del flujo y la textura mecánica característica del sólido. Los estudios han confirmado que los cambios en la textura o viscosidad de los sistemas alimentarios contribuyen a modificar sus propiedades sensoriales. En general, los espesantes tienden a formar una estructura reticulada en solución o coloides con más grupos hidrófilos, que son grupos heterogéneos de polímeros de cadena larga (polisacáridos y proteínas), mejorando así la viscosidad y la textura de los alimentos. Las principales propiedades de los espesantes son espesar, gelificar, emulsionar, estabilizar y controlar el crecimiento de cristales de hielo y azúcar, entre otros efectos.

1.1 Proceso de espesado
El proceso de espesamiento implica la gelificación estructurada del entrelazamiento inespecífico de cadenas conformacionalmente desordenadas. La viscosidad de las dispersiones de polisacáridos procede principalmente del entrelazamiento físico de rizos aleatorios conformacionalmente desordenados. En dispersiones de baja concentración, las moléculas individuales del espesante se mueven libremente y no muestran ningún efecto espesante. En los sistemas de alta concentración, estas moléculas empiezan a entrar en contacto entre sí y, por tanto, se restringe el movimiento de las moléculas.

El grado de espesamiento varía con el tipo de espesante, por ejemplo, da baja viscosidad a altas concentraciones y alta viscosidad a concentraciones inferiores a 1%. Los espesantes habituales son el almidón, la goma xantana, la goma guar, la goma de acacia, el carragenano, la goma arábiga y los derivados de la celulosa.

1.2 Proceso del gel
1.2.1 Formación de gel
El gel es una forma de materia entre sólida y líquida, y presenta rigidez mecánica, por lo que el alimento tiene viscoelasticidad, mostrando las características de líquido y sólido. Las propiedades texturales del gel (elástico o quebradizo, masticable o cremoso) varían en función del tipo de espesante, y las propiedades sensoriales del alimento (opacidad, sensación en boca o sabor) variarán en consecuencia.

El conocimiento de las condiciones de gelificación de una dispersión espesante determinada, las características del gel resultante y la textura que imparte es un aspecto muy importante del diseño de una formulación alimentaria concreta. La formación de gel implica la unión de segmentos de cadena polimérica dispersos irregularmente en la dispersión para formar una red tridimensional que contiene disolvente en los huecos. Las regiones asociadas, conocidas como zonas de unión, pueden estar formadas por dos o más cadenas poliméricas. El proceso de gelificación consiste esencialmente en la formación de estas zonas de unión.

La disposición física de estas zonas de unión en la red puede verse afectada por diversos parámetros, como la temperatura, la presencia de iones y la estructura inherente del espesante. Existen tres mecanismos de gelificación de los espesantes, a saber, la gelificación iónica, la gelificación por fraguado en frío y la gelificación por termoformación. La gelificación iónica se produce por la reticulación de las cadenas del espesante con iones, normalmente un proceso de gelificación mediado por cationes de polisacáridos cargados negativamente, como el alginato, la carragenina y la pectina, y la gelificación iónica por fraguado por difusión o gelificación interna.

En los geles de fraguado en frío, los polvos coloidales se disuelven en agua hirviendo tibia para formar una dispersión que, al enfriarse, da lugar a hélices entre cadenas estabilizadas por entalpía para formar segmentos de cadena individuales, dando lugar a una red tridimensional, como el agar y la gelatina. Los geles termofraguantes requieren el calentamiento del gel, normalmente sólo donde el alimento necesita ser termofraguado. El mecanismo de termofijación se produce mediante el desdoblamiento de las proteínas naturales del almidón y su posterior reorganización en redes.

1.2.2 Papel de las zonas de asociación en los geles
Las zonas de enlace desempeñan un papel importante en el proceso de gelificación de los espesantes, ya que afectan a las propiedades y la función del gel. En la gelatina, la zona de asociación está formada por tres moléculas mediante enlaces de hidrógeno. En la carragenina, de seis a diez moléculas forman la zona de asociación, mientras que en la carragenina de tipo I sólo participan dos moléculas. Cuanto mayor sea el número de moléculas en la región de enlace, mayor será la rigidez del gel. Como resultado, la región de enlace multimolecular de la carragenina tipo K muestra rigidez y es menos fácil de reconstruir cuando es perturbada por el cizallamiento, mientras que los geles de carragenina tipo I tienen una estructura más flexible y son menos sensibles al cizallamiento. La región de enlace de la carragenina y del alginato está formada por dos moléculas, pero los geles de carragenina pueden soportar más deformación antes de la ruptura que el alginato, que tiene casi la misma resistencia.

El comportamiento térmico de los geles también difiere en función de la región de asociación. La gelatina se funde a temperaturas más bajas porque las regiones de asociación sólo están unidas por enlaces de hidrógeno débiles. La calidad del disolvente también es otro factor importante. Los enlaces de hidrógeno en los geles de pectina con alto contenido en metoxilo sólo pueden formarse con la adición de azúcar, que reduce suficientemente la actividad del agua.

1.2.3 Otros factores que afectan a la formación de geles
Entre los diversos factores que afectan a la formación de geles a partir de espesantes se incluyen la concentración del agente gelificante, el pH del medio, la masa molar, el grado de polimerización, la temperatura, la composición iónica y el soluto. Además de identificar los factores que afectan a la formación de geles a partir de espesantes, los geles formados a partir de ellos deben caracterizarse, a menudo con caracterización microestructural y reológica, lo que puede ayudar en la adición de espesantes como agentes gelificantes. Por ejemplo, se ha investigado el efecto de la adición de sacarosa y aspartamo en las propiedades de compresión de geles espesantes, es decir, carragenina tipo K, gel enfriado por nudos y goma de acacia de carragenina tipo K; la adición de sacarosa produjo un aumento de la tensión de fractura verdadera para todos estos geles. Sin embargo, la adición de aspartamo a bajas concentraciones no afectó a los parámetros de compresión textural.

Además, los principales determinantes del dulzor del gel están relacionados con las propiedades mecánicas de los geles (resistencia del gel, tensión de fractura, deformación de fractura, etc.) y, en particular, con la cantidad de deformación necesaria para romper la red y su resistencia a la deformación. Además, los co-solubilizantes como la sacarosa, la concentración de coloides hidrolizados, la velocidad de cizallamiento y la temperatura son también variables importantes que afectan al estado reológico del gel.

Aplicación de los espesantes en la alimentación

2.1 Aplicación en la producción de gelatina
Los espesantes alimentarios se utilizan a menudo en la producción y elaboración de gelatina con dos o más efectos sinérgicos, a fin de lograr el mejor efecto requerido por la gelatina. La goma Gellan es un tipo de polisacárido lineal extracelular sintetizado y secretado por Pseudomonas aeruginosa en el proceso de fermentación pura de carbohidratos. La goma gellan se utiliza en combinación con la goma xantana para producir geles para postres listos para el consumo debido a su buena claridad y suficiente estabilidad térmica. La goma gellan desacilada se utiliza para mejorar la retención de humedad, la liberación de sabor y la estabilidad de almacenamiento de los puddings y para reducir la contracción por deshidratación.

Los cationes metálicos desempeñan un papel clave en la formación de geles de goma gellan. Los cationes, mediante una unión específica al sitio, son beneficiosos para la formación de la "zona de enlace" debido a su conexión directa con los grupos carboxilo de las moléculas de polisacárido, reduciendo así la repulsión electrostática entre las cadenas de doble hélice.

La carragenina es un polisacárido natural de algas, un polisacárido hidrofílico lineal no homogéneo con grupos sulfato, compuesto de 1,4-beta-D-galactopiranosa y 1,3-alfa-D-galactopiranosa como enlace básico, que puede extraerse de la pared celular de las algas rojas. Cuando la carragenina se calienta y luego se enfría lentamente, la forma de las moléculas cambia gradualmente de la forma rizada inicial a una hélice, y finalmente de una hélice simple a una hélice doble, momento en el que se forma una estructura de malla tridimensional.

Cuando la carragenina está en menor concentración, puede formar gel reversible al calor, en este momento, la carragenina tiene mejor transparencia, lo que puede mejorar la apariencia de la jalea. La carragenina es el espesante más común utilizado en la producción de jaleas y ha sido utilizada en formulaciones alimenticias en sinergia con otros espesantes. Cuando la carragenina se combina con goma de acacia, gelatina, goma xantana y goma arábiga, la fuerza y la elasticidad del gel pueden mejorar significativamente.

2.2 Aplicación en el yogur
Los espesantes pueden mejorar la consistencia del yogur, estabilizar sus propiedades, evitar la precipitación del suero y mejorar eficazmente la textura y el sabor de los productos de yogur. Cuando el alginato del glicol del propileno y el almidón modificado se utilizan como agente de espesamiento al mismo tiempo, pueden jugar un buen efecto sinérgico, y la cantidad de adición óptima de los dos agentes de espesamiento es 0.15% (W/W) para el alginato del glicol del propileno y 1.20% para el almidón modificado.

En el proceso de producción de yogur, la adición de 0,2% de alginato de propilenglicol puede aumentar la capacidad de retención de agua del producto en 10,9%, evitando eficazmente la precipitación del suero. Cuando se añaden 0,2% de alginato de propilenglicol (P/P), 0,3% de carboximetilcelulosa de sodio, 0,1% de pectina de alto éster, 0,015% (P/P) de éster de sacarosa después de la composición cuando el proceso de producción de bebidas de leche ácida, la estabilidad y el sabor del producto en este momento son los mejores.

La polidextrosa es un buen prebiótico, en la fermentación intestinal puede hacer que el valor del pH intestinal pase de 7,24 a 6,44, lo que favorece el crecimiento y la proliferación de probióticos como las bacterias lácticas y las bifidobacterias. Durante la producción de yogur, la polidextrosa puede mejorar el contenido de fibra dietética y el sabor del producto porque permanece estable a pH bajo. En productos bajos en grasa o sin grasa, puede evitar eficazmente que el agua se analice y aumentar su capacidad de retención de agua, lo que puede mejorar eficazmente la textura y el sabor del producto.

Los estudios han demostrado que cuando se añade polidextrosa a un nivel de 1% (P/P) en los productos de yogur, se puede conseguir mejorar la viscosidad y el dulzor del producto, y hacer que el sabor del producto sea más rico. La polidextrosa puede mejorar la vitalidad de otras cepas de bacterias en el yogur y prolongar eficazmente la vida útil del yogur.

Cuando se añade polidextrosa a 3% (P/P) en productos de yogur, facilita la fermentación del yogur, mejora la actividad de las bacterias lácticas, reduce la precipitación del suero y desempeña un papel clave en la organización y morfología del producto, y esta cantidad de adición consigue el mejor efecto de cuajado, y la acidez y dulzor del producto son moderados. Cuando se añadió 4% (P/P) de polidextrosa al yogur cuajado, el producto tenía un sabor delicado, un dulzor moderado, se reducía significativamente la precipitación del suero, una buena estabilidad, y la polidextrosa retenía bien el sabor del producto y prolongaba su vida útil.

2.3 Aplicación en refrescos
La carboximetilcelulosa sódica es el espesante más común en bebidas ácidas, debido a su solubilidad en agua, puede formar una solución de alta viscosidad en agua. La carboximetilcelulosa sódica es la más utilizada en la leche de vaca debido a sus propiedades de resistencia a los ácidos. La carboximetilcelulosa sódica evita eficazmente la precipitación de la caseína y prolonga la vida útil de los productos lácteos. La carboximetilcelulosa sódica también puede mejorar la estabilidad de la suspensión de bebidas de frutas y verduras, evitando el fenómeno de la precipitación, y mantener eficazmente la estabilidad del producto y su aspecto.

La goma xantana es la más viscosa de las gomas naturales, soluble en agua fría y muy utilizada en la producción de refrescos. Las soluciones acuosas de goma xantana tienen un flujo pseudoplástico típico con una viscosidad que disminuye cuando hay cizallamiento y se recupera cuando no lo hay. La viscosidad de la mayoría de las gomas en un amplio rango de temperaturas no es estable, pero la viscosidad de la goma xantana cambia en mucha menor medida que la de otras gomas. La goma xantana también tiene muy buena resistencia a la sal, el calentamiento no se verá afectado por la sal y la precipitación.

La goma xantana también es adecuada para bebidas de tipo pulpa y bebidas proteicas, puede mejorar la suspensión de caseína y otros ingredientes activos. La pseudoplasticidad de la goma xantana mejora la consistencia de las bebidas, dando como resultado un sabor más espeso sin sensación pegajosa. Además, la goma xantana también tiene una buena compatibilidad, cuando se utiliza con otros espesantes al mismo tiempo tendrá un efecto sinérgico.

Hasta ahora, la aplicación de espesantes en los alimentos en China no es perfecta, el eslabón de la tecnología de producción es débil, y la investigación y el desarrollo de espesantes se encuentra todavía en la etapa primaria. Con el aumento del nivel de vida, los consumidores mejoran gradualmente el sabor, la textura, la apariencia y otros requisitos de los alimentos, la futura aplicación de agentes espesantes en el procesamiento de alimentos tiene un amplio espacio para el desarrollo y las perspectivas.