Matrices Alimentarias
La matriz alimentaria se ha descrito como el conjunto complejo de nutrientes y no nutrientes, que interactúan física y químicamente para determinar la microestructura de los alimentos; además, estos influyen en diferentes procesos como lo son: la liberación, transferencia de masa, accesibilidad, digestibilidad y estabilidad de muchos compuestos alimentarios. Dicha matriz afecta de manera directa los procesos de bioaccesibilidad (fracción liberada de nutrientes por la matriz durante la digestión) y biodisponibilidad (fracción que realmente se absorbe del nutriente), en pocas palabras, la digestión y absorción de los compuestos alimentarios en el tracto gastrointestinal, al igual que el mantenimiento de una microbiota saludable. Cabe aclarar, la biodisponibilidad más que la cantidad de nutriente ingerido, se ha convertido en el criterio para evaluar los beneficios nutricionales potenciales derivados de los nutrientes y compuestos bioactivos en los alimentos, y sustentar sus declaraciones de propiedades saludables.
Por otra parte, la microestructura de los alimentos identifica arreglos organizacionales y estudia las interacciones estructurales que explican las funcionalidades específicas y las propiedades físicas, sensoriales y nutricionales de un alimento. En efecto, la organización microestructural más que la composición química, es responsable de la textura de los principales alimentos, debido a que los compuestos químicos en los alimentos se comportan diferente en forma aislada (solución) que siendo parte de las estructuras alimentarias.
Los productos con estas características son poco atractivos para los consumidores por los sabores y texturas
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Asimismo, cuando se desarrollan alimentos saludables se busca la reducción de azúcar, sal, grasa, y que sean libres de gluten; mientras, también se espera que sean ricos en fibra, omegas, prebióticos, probióticos y antioxidantes (fenoles, carotenoides, flavonoides). No obstante, los investigadores y las industrias que han empezado a incursionar en tales tendencias se han enfrentado a varios retos, ya que los productos con estas características son poco atractivos para los consumidores por los sabores y texturas, que no son agradables al ser comparados con productos convencionales del mercado. Por ejemplo, para preparar galletas y pasteles, el azúcar es el segundo ingrediente mayoritario en peso después de la harina, lo cual implica que no se sustituye fácilmente por edulcorantes potentes porque proporciona volumen, compite por el agua con las proteínas del gluten y retrasa la gelatinización del almidón, lo que permite que la contención de gases dentro de la matriz de la masa y su expansión en el horno.
Finalmente, para la población infantil se buscan formulaciones con probióticos (lácteos fermentados por lactobacilos y bifidobacterias), probióticos, alimentos ricos en ácidos grasos poliinsaturados, especialmente omega 3, y alimentos con un alto contenido de fibra. Teniendo en cuenta lo anterior, los productos que se comercializan en el mercado para niños y niñas incluyen:
- Lácteos: leche, yogures, quesos con fibra y con ácidos grasos Omega-3.
- Fórmulas infantiles y postres lácteos con bifidobacterias, ácido linoleico y esfingolípidos.
- Margarinas con ácidos grasos poliinsaturados y monoinsaturados.
- Galletas, cereales, panes, ricos en fibra y ácidos grasos monoinsaturados.
- Zumos u otras bebidas con vitaminas.
- Huevos y flanes enriquecidos en ácidos grasos Omega-3.
- Patés y embutidos con fibra, bajos en grasa y ricos en ácidos grasos Omega-3.
Liposomas
Los liposomas son vesículas esféricas con una o más bicapas lipídicas concéntricas y un núcleo hidrosoluble, constituidas principalmente por fosfolípidos naturales o sintéticos, que constan de una cabeza polar y una cadena de ácidos grasos. Los nanoliposomas son la versión nano de los liposomas, encontrados en la escala de 1 a 1000 nm. La bicapa lipídica suele estar compuesta por fosfolípidos y esteroles como el colesterol, controlando este último la permeabilidad y la fluidez de la membrana; son adecuados para la encapsulación de sustancias hidrofílicas, hidrofóbicas y anfifílicas, gracias a la naturaleza anfipática que le confiere la cabeza soluble en agua y el ácido graso soluble en compuestos apolares presentes en su estructura.
La manera de organizarse del compuesto al ser encapsulado es la siguiente: las sustancias hidrofílicas son encapsuladas en el núcleo, las hidrófobas en la bicapa lipídica, y los compuestos anfifílicos se incorporan en la interfase lípido/agua. De hecho, un solo liposoma es capaz de transportar ambos tipos de moléculas o combinaciones de las mismas, esto los hace muy atractivos para vehiculizar diferentes componentes. Estos sistemas permiten aumentar la estabilidad de compuestos sensibles a la luz, el oxígeno, la temperatura y volatilidad, y mejoran la solubilidad de compuestos poco solubles, acelerando la llegada de los compuestos al torrente sanguíneo (aumenta biodisponibilidad). Además, pueden reducir los efectos del compuesto por fuera del sitio objetivo, modificando su absorción, eliminación y distribución dentro del organismo, promoviendo la acumulación en el sitio objetivo y evitando los tejidos no objetivo.
Las principales aplicaciones de los liposomas en el campo de los alimentos se centran en encapsular componentes o aditivos alimentarios, aumentar la biodisponibilidad de los componentes nutricionales, controlar la liberación y el transporte de moléculas bioactivas. Esta tecnología es una de las principales estrategias utilizadas para mejorar la estabilidad de los nutrientes, aumentar la capacidad de absorción individualizada y mejorar la calidad de los alimentos, extendiendo su vida útil.
En la actualidad, existen muchas aplicaciones de liposomas en la leche, el propósito más común de estas aplicaciones es la mejora de la actividad peptídica antimicrobiana. Muchos péptidos antimicrobianos tienen poca estabilidad y pierden su actividad antimicrobiana en la matriz alimentaria, debido a las interacciones de los antimicrobianos con los componentes del alimento. El uso de liposomas en péptidos antimicrobianos puede ofrecer una herramienta valiosa para proteger su estabilidad, controlar el deterioro de los alimentos y prolongar la vida útil; por ejemplo, en el yogur se han encapsulado en liposomas compuestos fenólicos y ácidos grasos Omega-3 para mejorar la calidad nutricional, adicionalmente, se han utilizado liposomas que encapsulan caroteno para reemplazar los colorantes artificiales y proteger el pigmento natural de la degradación durante un período relativamente largo.
Por otro lado, para acelerar la maduración del queso y evitar sabores desagradables, se ha utilizado encapsulación liposomal de enzimas, que permiten producir queso Cheddar con alta intensidad de sabor en un tiempo relativamente corto (2 a 3 meses) y sin producir defectos amargos, rancios o de textura. Por fuera de la industria láctea, se han implementado los liposomas en la producción de jugos, como una herramienta útil para la entrega de vitaminas en alimentos acuosos. En palabras más breves, todas estas aplicaciones muestran lo prometedor de los sistemas liposomales.
El valor nutricional y usos de los aceites vegetales: Sacha Inchi
El aceite de Sacha Inchi está constituido por ácidos grasos insaturados, especialmente poliinsaturados (aproximadamente el 85% del total de ácidos grasos), entre los que se destacan el ácido alfa-linolénico (ω3) que representa aproximadamente el 47-51% y el ácido linoleico (ω6) que corresponde al 34-37% y finalmente, el ácido oléico que está presente en un porcentaje menor al 9%. La relación de ácidos grasos ω-6/ω-3 del aceite se encuentra entre 0,81 y 1,12, considerándose óptima para la salud humana. Además, presenta bajo contenido de ácidos grasos saturados, en promedio 6,39%, representados por 3,85% de palmítico y 2,54% de esteárico.
De hecho, los ácidos grasos poliinsaturados tienen efectos benéficos sobre la salud humana mediante la prevención de varias enfermedades tales como artritis, cáncer, cardiopatía coronaria, diabetes, hipertensión y enfermedades inflamatorias de la piel; por ende, el aceite de Sacha inchi tiene un gran potencial para aplicaciones en la industria alimentaria, farmacéutica y cosmética. En el aceite también se encuentran tocoferoles (alfa, gamma y delta), siendo el gamma-tocoferol el mayoritario, y polifenoles, detectándose 21 compuestos fenólicos. Cabe resaltar que, el contenido de aceite es más alto que en las semillas de soja, cacahuete, algodón y girasol, y su contenido de ácido alfa-linolénico es más elevado que en los aceites de las semillas mencionadas.
Ahora bien, los aceites que contienen ácidos grasos insaturados, principalmente Omega-3 (ω3), han estado llamando la atención de la industria alimentaria para desarrollar productos con alto valor agregado. En los aceites vegetales como el de Sacha inchi, el alfa-linolénico puede ser convertido en EPA y DHA, por este motivo es una posible alternativa al uso de los aceites de pescado, principalmente para las personas que tienen dietas especiales, un ejemplo son las personas vegetarianas y veganas. De manera que, el aceite de Sacha Inchi es un ingrediente funcional para el desarrollo de diferentes productos alimenticios con valor agregado, como leches achocolatadas, chocolates, hamburguesas, productos lácteos y cereales extruidos. Así pues, al preparar hamburguesas con carne de res molida, se realizó un reemplazo parcial de manteca de cerdo, y las muestras presentaron una mejor calidad nutricional al ser comparadas con el control y la muestra que contenía 10% de aceite de sacha inchi, lo cual evidenció un mayor nivel de aceptación e intención de compra por parte de los consumidores.
El valor nutricional y usos de harina de Sacha Inchi
La torta prensada de Sacha Inchi contiene proteínas en el rango de 32 a 62%, entre un 5 y un 25 % de lípidos. Los ácidos α-linolénico (∼50%) y linoleico (∼35%) son los principales ácidos grasos de la fracción lipídica, mientras que cantidades menores de oleico (∼9%), palmítico (∼5%) y esteárico (∼2%) se han reportado. Este perfil graso único hace que la torta sea adecuada para enriquecer los alimentos con ácidos grasos esenciales, y en cuanto a los carbohidratos totales en la torta están entre 4,97 y 26,80%, mientras que la fibra dietética total se ha estimado en 25 %. Además, contiene cantidades importantes de diferentes minerales (4.6 a 8.7 %), especialmente potasio, fósforo, calcio y magnesio.
Como se mencionó anteriormente, la torta es rica en aminoácidos esenciales como lisina, histidina y leucina; contiene cantidades importantes de isoleucina, valina, triptófano y fenilalanina; y bajas concentraciones de treonina y metionina. Esta composición de aminoácidos esenciales cumple con las recomendaciones de la FAO/OMS/ONU, a excepción de la lisina y la leucina. De modo que, la torta puede considerarse una buena fuente de proteína balanceada con bajas concentraciones de factores antinutricionales como: taninos, saponinas, alcaloides, flavonoides, triterpenos, antocianidinas, cumarinas, quinonas, grupos α-amino y mucílagos.
Asimismo, por su alto valor nutricional, la harina es adecuada para enriquecer alimentos con proteínas, fibra y ácidos grasos esenciales ω-3 y ω-6. En efecto, se han desarrollado distintas matrices con la harina de Sacha Inchi. Algunos de los productos que se han desarrollado con la harina son: bebidas, barras de granola, extruidos, galletas y fideos; estos productos alimenticios que incluyen la harina como ingrediente funcional, mostraron una alta aceptación sensorial, excepto las bebidas que necesitan más investigación para mejorar su sabor y calidad sensorial. También, se han desarrollado concentrados de proteína a base de la harina, que se han utilizado como ingredientes funcionales en varios tipos de alimentos. Por último, la adición de estos concentrados de proteínas mejora las propiedades de textura de las salchichas y aumenta la vida útil de las barritas de pescado. Además, tales concentrados se han usado en mezclas de proteínas sin soja de origen vegetal y de alta calidad, con proteínas de guisantes, arroz y patata; en cantidades eficaces para promover la saciedad, mantener un peso corporal saludable y una masa corporal magra.
Beneficios del uso de los prototipos de productos diseñados:
Emulsión oral, harina de Sacha Inchi y aceite encapsulado
Uno de estos prototipos de producto se estabilizó empleando nanoliposomas a base de lecitina de soya cargados con aceite de sacha inchi, para aumentar la calidad nutricional y funcional de la matriz alimentaria al proteger los omegas del aceite y evitar la rancidez. El prototipo de producto que se desarrolló fue una bebida de reconstitución de alta calidad nutricional, que se enriqueció con vitaminas, para que presentara un enfoque inmunológico. Con ello, se orienta a fortalecer las estrategias que aporten a la problemática de salud infantil, y generen valores agregados a ciertos cultivos de interés nacional obtenidos desde poblaciones vulnerables.
Por otro lado, la harina de sacha inchi se empleó para desarrollar un prototipo de una bebida de reconstitución con enfoque cognitivo. Al caracterizar la harina se encontró que se dispersa fácilmente en agua, pero forma precipitados muy compactos en poco tiempo, su tamaño de partícula es disperso, predominan los diámetros de tamiz entre 180 y 250 μm y tiene alta tendencia a adherirse a las superficies, por lo que su fluidez es muy pobre según sus valores de índice de Carr y adecuado según el ángulo de reposo. Debido a lo anterior, se realizó una granulación vía húmeda para incorporar sustancias que mejoran su dispersión en agua, aumentan su fluidez y minimizan la polidispersión de tamaño de partícula. De esta manera, además de mejorar sus características granulométricas, se cuenta con un alto valor nutricional de la harina de Sacha Inchi y una matriz alimentaria rica en proteína, carbohidratos, minerales y fibra.
Por último, se elaboró un tercer prototipo empleando emulsiones como sistemas que encapsulan el aceite de Sacha Inchi, es decir, un ingrediente funcional. Las emulsiones se constituyen en una de las formas de presentación más ampliamente utilizadas debido a su capacidad de incorporar vitaminas, minerales, componentes con actividad biológica, aceites, entre otros diversos componentes en las formulaciones. Además de mejorar las propiedades de sabor, olor y textura de los productos, enmascaran sabores desagradables y protegen a los ingredientes funcionales susceptibles a degradación. Teniendo en cuenta estas ventajas, las emulsiones se emplean en el sector nutracéutico para generar productos lipídicos como suplementos para la nutrición infantil. Asimismo, en su formulación se emplearon almidones modificados con el objetivo de sustituir componentes tradicionales que estabilizan a las emulsiones, conocidos como tensioactivos, los cuales han demostrado presentar efectos adversos asociados a su uso, ya que pueden interactuar con las proteínas del hígado y la sangre, causando efectos metabólicos a largo plazo y alteraciones del sistema endocrino del ser humano.
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