Funcionalidad Tecnológica de los Lípidos

Fritura

• La fritura es un procedimiento rápido para la preparación de alimentos.
• Actúa como un excelente transmisor de calor.
• Permite una cocción uniforme y en menor tiempo.
• Mejora la palatabilidad de los alimentos.
• Reduce la lixiviación de nutrientes al medio de cocción.
• Favorece la formación de colores deseados en el producto.
• Modifica e impermeabiliza la superficie del producto, controlando la pérdida de agua desde su interior.

Tipos de Fritura

• Fritura Discontinua: La producción del producto frito se realiza según la demanda.
• Fritura Continua: Implica la incorporación ininterrumpida de materia prima y aceite al sistema.

Proceso de Fritura

• El alimento se sumerge en aceite caliente a una temperatura de aproximadamente $180-190^\circ C$.
• Durante este proceso, ocurre una transferencia de calor y masa.
• El calor se transfiere principalmente por convección y conducción.
• Proceso de Deshidratación:
  • Se caracteriza por un corto tiempo de cocción.
  • Durante este proceso, se produce una rápida evaporación del agua superficial, la cual genera vapor que se desplaza hacia el exterior.
  • La temperatura en el interior del alimento permanece menor a $100^\circ C$ debido a la evaporación del agua.
  • La formación de una costra superficial crujiente es un resultado directo de esta deshidratación intensa.
  • El alimento absorbe grasa del medio de fritura a medida que el vapor de agua sale y el aceite ocupa los espacios vacíos.
  • El producto terminado puede absorber entre $5$ y $40\%$ de aceite, dependiendo de factores como la porosidad y la composición inicial del alimento.
  • Como resultado, el producto frito es altamente energético.

Factores que Afectan la Absorción en Fritura

• Tiempo y Temperatura del Medio:
  • A mayor tiempo de fritura, mayor absorción de aceite.
  • A bajas temperaturas del aceite, hay mayor absorción.
• Relación Superficie/Volumen del Alimento: Una mayor relación superficie/volumen conlleva a una mayor absorción de aceite.
• Composición y Naturaleza del Alimento:
  • Alimentos con mayor contenido de grasa incorporan más aceite.
  • La adición de huevos a una masa resulta en una masa más blanda y mayor absorción.
  • La coagulación de las proteínas en el alimento tiende a disminuir la absorción de aceite.
  • El punto de humo del aceite también es un factor influyente.

Punto de Humo

• Es la menor temperatura a la que los productos gaseosos volátiles de la descomposición del aceite se producen en cantidad suficiente para ser visibles.
• Indica la estabilidad térmica de un aceite.
• Es una característica intrínseca de cada tipo de grasa y aceite.
• Alteraciones Químicas Asociadas a Temperaturas Elevadas:
  1. El agua presente en el alimento se evapora.
  2. Los triglicéridos (TG) se hidrolizan, produciendo glicerol y ácidos grasos (AG).
  3. El glicerol se deshidrata, generando acroleínas, que son responsables de un olor picante y desagradable y que, en altas concentraciones, pueden ser tóxicas. Estos compuestos de degradación también incluyen ácidos grasos libres, compuestos polares y polímeros, los cuales afectan negativamente la calidad y la vida útil del aceite.

Composición de Ácidos Grasos en Aceites Comunes para Fritura

• SRD: Sin Reporte de Dato.
• Fuente: USDA. National Nutrient Database for Standard Reference (7).

Temperaturas de Humo de Grasas Comestibles

Punto de Humo Promedio de Algunas Grasas

• Manteca: $130^\circ C$
• Aceite de oliva extra virgen: $175^\circ C$
• Aceite de girasol, maíz (puros): >200^\circ C
• Grasas animales: $160 - 180^\circ C$

Punto de Humo según Tipo y Refinamiento

• Mantequilla: $177^\circ C$
• Aceite de colza-canola Refinado: $204^\circ C$
• Aceite de coco: $232^\circ C$
• Grasa de cerdo: $185^\circ C$
• Aceite de oliva:
  • Extra virgen: $190^\circ C$
  • Virgen: $200^\circ C$
• Aceite de soya:
  • Sin refinar: $160^\circ C$
  • Semirefinado: $177^\circ C$
  • Refinado: $232^\circ C$
• Aceite de girasol:
  • Sin refinar: $107^\circ C$
  • Semirefinado: $237^\circ C$
  • Refinado: $232^\circ C$

Efectos del Proceso de Fritura sobre los Alimentos

• Textura: Genera una textura crujiente debido a la coagulación de las proteínas, la gelatinización del almidón y la deshidratación extensiva de la superficie del alimento, lo que crea una capa exterior quebradiza y porosa.
• Valor Nutritivo: Produce una pérdida del valor nutritivo, principalmente por la degradación de vitaminas sensibles al calor como la vitamina C y algunas vitaminas del complejo B, además de la posible oxidación de lípidos y otros compuestos bioactivos.
• Sensorial: Desarrolla aromas, sabores y color característicos.
• Composición: Aumenta el contenido de grasa y, por ende, el valor calórico.
• Conservación: Prolonga la vida útil del alimento.
• Sanitización: Destruye bacterias, toxinas y ciertas enzimas.
• Humedad: Disminuye la humedad del alimento.
• Palatabilidad: Aumenta la aceptabilidad (palatabilidad) a través de:
  • La formación de una costra.
  • Cambios en la composición del alimento y del aceite de fritura.
  • La formación de compuestos volátiles.

Efecto de la Temperatura sobre la Microestructura

• La exposición a diferentes temperaturas afecta diversos componentes de los alimentos:
  • Agua: Pasa de hielo a líquido, luego a vapor y a vapor sobrecalentado. Experimenta deshidratación, turgencia y encogimiento.
  • Proteínas: Sufren desnaturalización desde su estado nativo.
  • Gránulos de Almidón: Experimentan hinchamiento y gelatinización.
  • Células y Paredes Celulares: Muestran separación, suavizado, cementado y degradación.

Cambios Físicos y Químicos durante la Fritura

1. Transferencia:
   • Transferencia de agua del alimento al medio de fritura y su posterior evaporación.
   • Absorción y adsorción de compuestos de alteración del aceite por parte del alimento.
2. Migración de Componentes Lipídicos: Ocurre un intercambio de componentes lipídicos entre el alimento y el aceite. Esto depende de la composición del alimento y de la capacidad de penetración del aceite, influenciada por la interacción tiempo-temperatura y las características del alimento.
3. Transferencia de Calor: Provoca deshidratación e interacciones químicas.
4. Deformaciones Mecánicas: Incluyen expansiones, disgregación de la matriz sólida, y el desarrollo de porosidad y una superficie rugosa.
5. Reacciones Químicas Específicas: Reacción de Maillard, desnaturalización de proteínas y oxidación de lípidos.
6. Transformaciones Fisicoquímicas: Gelatinización y retrogradación del almidón, así como la gelificación de ciertas proteínas.
7. Pérdida de Vitaminas.
8. Oxidación de Compuestos Fenólicos (CF).

Diagrama de Cambios en Fritura

• Zona Externa: Evaporación de agua, formación de corteza, compuestos volátiles, absorción de aceite. Resulta en aproximadamente $2\%$ de agua y $10\%$ de aceite.
• Zona Interna: Gelatinización.
• Superficie: Reacción de Maillard (color tostado).

Cambios en Componentes del Alimento

Palatabilidad

• Es el conjunto de características físicas y organolépticas de un alimento.
• Es independiente de su valor nutritivo.
• Determina si un alimento es más o menos placentero, siendo similar a la cualidad de “agradable al paladar”.
• Se refiere al conjunto de sensaciones que se producen tras la activación de ciertos receptores bucales (lengua, paladar, etc.) por parte del alimento.
• Es generalmente una calificación subjetiva.
• El sabor, el olor y la textura están fuertemente asociados a la palatabilidad.
• Son las propiedades sensoriales que más influyen en el consumo de alimentos.
• Las características físicas de la grasa, como su punto de fusión, influyen en la palatabilidad.

Poder Lubricante

• Capacidad para prevenir la cohesión entre superficies, reducir la fricción y contribuir a la suavidad y al deslizamiento.
• Depende directamente del punto de fusión de la grasa.

Propiedades del Estado Sólido: Polimorfismo

• Definición: Es la habilidad de una sustancia para existir en más de una forma cristalina, manteniendo la misma estructura y composición química.
• Las sustancias polimórficas presentan múltiples puntos de fusión.
• La transición de una forma cristalina a otra puede lograrse mediante:
  • Cambios de temperatura (calor o enfriamiento).
  • Cristalización en diferentes disolventes.

Importancia de la Cristalización de Grasas en la Industria

• La forma de cristalización es crucial para propiedades industriales y alimentarias como:
  • Consistencia
  • Plasticidad
  • Granulosidad
  • Cremosidad
  • Extensibilidad
  • Sensación bucal (mouthfeel)
• Factores que determinan la forma de cristalización:
  • Composición de Ácidos Grasos (AG).
  • Longitud de la cadena de los AG.
  • Tiempo y temperatura.
  • Naturaleza del solvente.
  • Velocidad de enfriamiento.
  • Grado de sobreenfriamiento.
  • Tipo y cantidad de impurezas presentes.

Jerarquía en la Estructura de la Grasa Cristalizada

• Nivel Macroscópico ($>0.2 \text{ mm}$): Involucra redes de cristales y contenido de grasa, afectando propiedades mecánicas y sensoriales (reología).
• Microestructura ($0.25-200 \mu m$): Se refiere a los cristales, núcleos de cristales y el polimorfismo.
• Nanoestructura ($0.4-250 \text{ nm}$): Compuesta por moléculas de triacilglicéridos y la estructura molecular.
• Fuente: Tang y Marangoni, 2006.

Tipos de Cristales de Triglicéridos

• Cristales $\alpha$ ($\alpha$):
  • Empaquetamiento Hexagonal.
  • Tamaño pequeño (<3 \mu m).
  • Baja densidad y la forma menos estable.
  • Bajo punto de fusión, lo que los hace fácilmente fusibles y transitorios.
  • Se forman rápidamente en el enfriamiento, pero son inestables y tienden a recristalizar a formas más estables.
• Cristales $\beta'$ ($\beta'$):
  • Empaquetamiento Ortorómbico.
  • Tamaño pequeño ($5 \mu m$).
  • Densidad intermedia y una estabilidad media.
  • Punto de fusión intermedio.
  • Son deseables en muchos productos alimentarios como margarinas y shortenings, ya que contribuyen a una textura suave y homogénea al atrapar mejor el aire y el agua.
• Cristales $\beta$ ($\beta$):
  • Empaquetamiento Triclínico.
  • Tamaño grande (hasta $50 \mu m$).
  • Alta densidad y la forma más estable.
  • Alto punto de fusión.
  • Tienden a ser granulosos y cerosos, y aunque son termodinámicamente estables, no suelen ser deseables para la textura de productos donde se busca suavidad o cremosidad.

Reacciones y Aplicaciones: Mezclado (Blending)

• Consiste en la mezcla de aceites con diferente composición de triglicéridos (TG).
• Esta práctica altera la composición de ácidos grasos (AG) y el punto de fusión del producto resultante.
• Usos: Se aplica en la formulación de aceites para freír y margarinas.
  • Ejemplo de ingredientes en aceite para freír: Aceite de maravilla (girasol), aceite vegetal de maravilla alto oleico, aceite vegetal de canola alto oleico, aceite de maíz, aceite de canola, vitamina E, ácido cítrico.

Reacciones y Aplicaciones: Hidrogenación

• Proceso: Es la adición de hidrógeno ($H_2$) a los dobles enlaces de los ácidos grasos, catalizada por níquel (Ni).
  • Condiciones típicas: $Ni + H_2$ a $1.3$ a $2.7 \text{ atm}$ y $175$ a $190^\circ C$.
  • La reacción transforma ácidos grasos insaturados en saturados: $RCH=CH-R'-CO-O-R'' + H<em>2 \rightarrow RCH</em>2-CH_2-R'-CO-O-R''$.
• Logros:
  • Aumento del punto de fusión de las grasas.
  • Induce migraciones de enlaces y cambios estereoquímicos, incluyendo la formación de ácidos grasos trans. Estos ácidos grasos trans se forman cuando los enlaces dobles cis se isomerizan a la configuración trans durante la hidrogenación parcial, lo que los asocia con efectos negativos para la salud cardiovascular.
  • Disminución de la capacidad de enranciamiento al reducir el número de insaturaciones (ej. menor contenido de ácido linoleico).
• Usos: Ampliamente empleada en la industria de margarinas, chocolate y grasas, permitiendo convertir aceites baratos (como soya, algodón, maíz) en margarinas o grasas sólidas.

Transformación de Aceites y Grasas: Reacciones y Ácidos Grasos Trans

• Hidrogenación Parcial: Produce niveles significativos de ácidos grasos trans (AGt).
• Hidrogenación Total: No genera niveles significativos de AGt.
• Fraccionamiento: No introduce niveles significativos de AGt.
• Interesterificación: Puede reducir los niveles de AGt.

Reacciones y Aplicaciones: Interesterificación

• Definición: Modifica la estructura de las grasas mediante el reordenamiento de los ácidos grasos en la molécula de glicerol.
• Efectos:
  • Modifica la consistencia de las grasas a distintas temperaturas, mejorando su plasticidad y untabilidad, lo que es crucial para productos como margarinas y cremas untables que requieren una textura específica a diversas temperaturas de almacenamiento y consumo.
  • Aumenta la estabilidad del producto al modificar la composición de los triglicéridos, haciéndolos menos susceptibles a la oxidación.
  • Cambia la estructura de los triglicéridos (TG), permitiendo la creación de nuevas grasas con propiedades funcionales mejoradas sin alterar significativamente el grado de insaturación ni generar ácidos grasos trans en cantidades elevadas, a diferencia de la hidrogenación parcial.
• Métodos: Puede ser realizada por vía química (utilizando catalizadores alcalinos como el metóxido de sodio) o por vía enzimática (empleando lipasas).
• Usos: Se utiliza en la elaboración de grasas y para obtener grasas sólidas que conservan un alto contenido de ácido linoleico.

Comparativa de SFC (Solid Fat Content) en Aceite de Palma

• La palma interesterificada por procedimiento químico muestra un SFC más alto en un rango de temperaturas de $20^\circ C$ a $40^\circ C$ en comparación con la palma refinada. Esto indica una mayor solidez a temperaturas elevadas.
  • A $20^\circ C$: Palma refinada $25.5\%$, Palma interesterificada $35.2\%$.
  • A $40^\circ C$: Palma refinada $3.1\%$, Palma interesterificada $5.3\%$.

Esquemas de Interesterificación

• General Recombinación Catalizada por Lipasas (ej. RML/TL): Dos triglicéridos (A y B) intercambian ácidos grasos en las posiciones sn-1,3 para formar nuevos triglicéridos (C y D).
• Acidólisis Catalizada por Lipasas (ej. RML): Un triglicérido intercambia uno de sus ácidos grasos por un ácido graso libre, dando como resultado un nuevo triglicérido y un ácido graso libre diferente.

Efectos de la Interesterificación en la Microestructura

• Manteca de Cerdo No Interesterificada: Presenta cristales de grasa del tipo $\beta$ ($\beta$), que son grandes e irregulares en tamaño y forma. Esto produce pocos glóbulos de grasa con aire en masas de bizcocho, generando un efecto leudante limitado.
• Manteca de Cerdo Interesterificada: Forma cristales beta-prima ($\beta'$), pequeños y regulares en tamaño y forma. En masas de bizcocho, esto da lugar a numerosos y homogéneos glóbulos de grasa con aire, lo que produce un notable efecto leudante adicional, resultando en bizcochos de mayor tamaño y altura, con porosidad uniforme y miga blanda.

Reacciones y Aplicaciones: Transesterificación

• Definición: Es la reacción de un triglicérido (TG) con un alcohol (ROH).
• Reacción general: $TG + 3ROH \rightarrow \text{Mezcla de ésteres de ácidos grasos} + \text{Glicerol}$.
• Se utiliza para producir ésteres de ácidos grasos y glicerol, por ejemplo en la producción de monoglicéridos y diglicéridos, o para la producción de biodiesel.
• Catalizadores comunes incluyen Sn, Pb, Zn, Cd.
• El proceso puede implicar la remoción secuencial de ácidos grasos desde el TG para formar diglicéridos, monoglicéridos y, finalmente, glicerina, junto con los ésteres de alcohol (ej. metilésteres si se usa metanol).

Reacciones y Aplicaciones: Fraccionamiento

• Definición: Es la cristalización de una grasa a baja temperatura.
• Este proceso permite la obtención de Oleínas (fracciones líquidas) y Estearinas (fracciones sólidas).
• Modifica la relación líquido/sólido de la grasa.
• Otorga características plásticas específicas a los productos.
• Usos: Se emplea para aceites en productos refrigerados y para aceites usados en mayonesas o aderezos de ensalada.

Comparativa de SFC (Solid Fat Content) en Aceite de Palma y sus Fracciones

• Oleínas (ej. Super-Oleína) tienen SFC muy bajos, indicando fases predominantemente líquidas incluso a bajas temperaturas ($0\%$ de solidez a $25^\circ C$ para Super-Oleína).
• Estearinas presentan SFC altos, manteniendo una parte significativa de su estructura sólida a temperaturas más elevadas (ej. Estearina (20*) con $34\%$ de solidez a $40^\circ C$).
• Las curvas de SFC demuestran que las oleínas son más blandas/líquidas y las estearinas son más duras/sólidas en comparación con el aceite de palma refinado en el mismo rango de temperaturas.

Fraccionamiento en Múltiples Etapas del Aceite de Palma

• Aceite de Palma (Punto de Fusión = $37-38^\circ C$):
  • Oleína (Punto de Cristalización = $7-10^\circ C$): Utilizada como aceite para freír.
  • Puede ser fraccionada a Super Oleína (PC = $3-4^\circ C$).
  • A Oleína Superior (PC = $-2^\circ C$).
  • A Oleína como Fracción (PC = $10^\circ C$).
  • Soft Estearina (Punto de Fusión = $47-49^\circ C$): Base para margarinas.
  • Estearina (Punto de Fusión = $52-54^\circ C$):
  • Puede ser fraccionada a Fracción Media (PF = $27-31^\circ C$) (base para margarinas).
  • A Fracción de dureza media (PF = $33^\circ C$) (base para margarinas).
  • Super Estearina (Punto de Fusión = $58-61^\circ C$): Sustituto de grasas hidrogenadas para margarinas o sustituto de manteca de cacao.
• P.C. = Punto de Cristalización; P.F. = Punto de Fusión. Adaptación de Deffense (2009).

Aplicaciones de Aceites y Grasas Modificados

• Fuentes de Grasas:
  • Aceites Vegetales: Aceite de palma, soya, colza, palmiste. Pueden ser crudos, refinados o modificados. Derivados incluyen ácidos grasos, ésteres de ácidos grasos, y mezclas de diglicéridos y monoglicéridos.
  • Grasas Animales: Sebo, grasa de cerdo, grasas de leche, aceite de pescado.
• Aplicaciones Industriales:
  • Industria Alimenticia: Aceites para ensaladas y aderezos (oleínas), margarinas/shortenings, aceites para cocina/fritura, repostería (grasas de reemplazo de manteca de cacao), productos de panificación/pastelería.
  • Industria Cosmética / Farmacéutica.
  • Industria Oleoquímica.
  • Industria Química.

Modificación Enzimática de Triacilglicéridos

• Esta técnica permite la creación de productos específicos como:
  • Sustitutos de grasa materna (ej. triglicéridos con EPA o DHA).
  • Sustitutos de manteca de cacao.
  • Triglicéridos de bajas calorías.
• Se emplean técnicas de inmovilización enzimática para optimizar los procesos.

Modificaciones Químicas Aplicables a los Triacilglicéridos

• Reemplazo de enlace éster por enlace éter.
• Reemplazo del glicerol por otro alcohol.
• Reversión del enlace éster.
• Reemplazo del ácido graso por otro ácido (ej. un ácido carboxílico ramificado).

Fabricación de Productos con Chocolate: Cristalización de la Grasa

• Manteca de Cacao: Compuesta por triglicéridos con diferentes velocidades, temperaturas y modos de solidificación, incluyendo ácidos oleico, esteárico y palmítico.
• Formas Cristalinas Diferentes: Puede existir en varias formas polimórficas con distintos puntos de fusión y estabilidad. La clave para la calidad del chocolate es asegurar la formación predominante de la forma cristalina más deseable y estable mediante un proceso de templado (temperado).
  • $\gamma$ (gamma): $16-18^\circ C$ (Empaquetamiento laxo, forma inestable).
  • $\alpha$ (alpha): $22-24^\circ C$
  • $\beta'$ (beta-prima): Hay dos formas, $\beta'<em>2$ ($24-26^\circ C$) y $\beta'</em>1$ ($26-28^\circ C$).
  • $\beta$ (beta): Hay dos formas, $\beta<em>2$ ($32-34^\circ C$) y $\beta</em>1$ ($34-36^\circ C$) (Empaquetamiento denso, forma estable).
• Templado del Chocolate: Este es un proceso controlado de calentamiento, enfriamiento y agitación para formar cristales de grasa estables.
  • Se inicia derritiendo el chocolate completamente para destruir todos los cristales de grasa existentes.
  • Luego, se enfría a una temperatura específica para inducir la formación de los cristales inestables iniciales.
  • Finalmente, se calienta ligeramente a la temperatura óptima (por ejemplo, $31-32^\circ C$ para chocolate negro) donde solo la forma Beta V puede sobrevivir y crecer, actuando como "semillas" para orientar la cristalización del resto de la manteca de cacao.
• Cristales de la Manteca de Cacao (Detallado):
  • La manteca de cacao tiene un punto de fusión completo cercano a la temperatura corporal ($33.8^\circ C$ para la forma estable Beta V), lo que le confiere una experiencia placentera al paladar, pero dificulta su manipulación.
  • Una vez derretida, durante el enfriamiento o "cristalización", se pueden formar diferentes tipos de cristales de grasa en función de diversos factores.
  • Solo la forma Beta V (Melting Point $92.8^\circ F / 33.8^\circ C$) es estable a temperatura ambiente y confiere al producto brillo y una mordida crocante, evitando la formación de eflorescencia grasa.

Eflorescencia Gr