Aplicaciones alimentarias de las nuevas tecnologías en polisacáridos
| Autor | Miguel Vega y Laurent Bontoux |
| Cargo | IPTS |
Asunto: Los nuevos polisacáridos, como novedad tecnológica, deberían clasificarse según la Directiva del Consejo sobre aditivos alimentarios no colorantes ni edulcorantes, para lo que sería necesario incluir estos nuevos polisacáridos en las definiciones existentes en esta Directiva o bien añadir nuevas definiciones para ellos. Por ejemplo, actualmente existe un nuevo almidón "natural" modificado físicamente que no se ajusta a la definición de "almidones modificados" de la Directiva del Consejo.
Relevancia: Las implicaciones políticas de estos nuevos aditivos, la mayoría de los cuales han sido creados por multinacionales, serán de dos tipos: por una parte, necesitarán una clasificación especial en la Directiva sobre aditivos alimentarios y, por otra parte, la previsiblemente creciente demanda de almidón podría afectar directamente la reglamentación de ciertas producciones de almidón reguladas por la Política Agrícola Común.
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Análisis
Los hidratos de carbono son uno de los principales grupos de compuestos bioquímicos que existen en el organismo humano. En términos científicos, se definen como polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas, o sustancias que producen estos compuestos al hidrolizarse. Los Carbohidratos pueden existir como unidades, llamados monosacáridos, o como moléculas formadas por la unión de varias unidades en número variable, desde dos, llamados disacáridos, hasta cientos de unidades, los polisacáridos.
Los monosacáridos mejor conocidos son la glucosa, la galactosa y la fructosa, también son los más importantes desde el punto de vista nutricional y los más abundantes en la naturaleza. Un ejemplo de la importancia de los monosacáridos para la vida humana es la glucosa, que es transportada por la corriente sanguínea a los tejidos para suministrarles energía.
Cuando los enlaces glucosídicos, un tipo de unión entre moléculas, unen dos monosacáridos se obtiene un disacárido. Existen tres disacáridos importantes: la maltosa (la unión de dos glucosas), la lactosa (la unión de galactosa y glucosa) y la sacarosa (la unión de glucosa y fructosa). Los enlaces entre disacáridos dan lugar a grandes cadenas denominadas polisacáridos, siendo los tres mas importantes la celulosa, el almidón y el glucógeno. El almidón es la principal reserva de energía en los vegetales, mientras que el glucógeno es la forma de almacenar energía en los animales. La celulosa tiene función estructural en las plantas y con ella construyen la pared celular y otras estructuras complejas.
Estos polisacáridos desempeñan un papel importante en el metabolismo humano. Mientras que el almidón es la fuente de energía más importante de la dieta humana, la celulosa, conocida corrientemente como fibra dietética, no se absorbe en el intestino y se elimina de forma natural, es decir inalterada, actuando como regulador de nuestro sistema digestivo.
Los usos de los polisacáridos en la industria alimentaria
Los polisacáridos más importantes que se han aplicado tradicionalmente en la preparación de alimentos son la sacarosa como edulcorante natural, el almidón como gelificante, los compuestos a base de celulosa como espesantes y la pectina como emulsionante. En este artículo se tratarán preferentemente el almidón y la celulosa.
Aproximadamente se producen al año mil millones de toneladas de almidón en forma de productos agrícolas, como maíz, patatas, cereales y arroz. Más de la mitad se utiliza como alimento para personas o animales después de un procesado mínimo, mientras que el resto sufre transformaciones industriales.
La principal razón por la que se utiliza el almidón como aditivo alimentario es su capacidad para formar geles cuando se calienta. Por eso se utiliza principalmente como gelificante en los alimentos preparados, tales como alimentos infantiles y sopas concentradas, o como sucedáneo de la gelatina animal. Sin embargo, el almidón de los cereales y las patatas con frecuencia da lugar a un problema conocido como retrogradación, que quiere decir que presenta tendencia a formar texturas granulosas y apelmazadas en el producto final. Para resolver este problema, la industria química ha desarrollado diversos procedimientos para modificar las propiedades gelificantes del almidón y así evitar estas texturas no deseadas. Estos procedimientos añaden compuestos bioquímicos o agentes químicos o físicos con los que se obtienen "almidones modificados" y se consigue una textura adecuada en el producto final.
La celulosa es el principal componente de la pared celular de las plantas superiores, por lo que es el compuesto orgánico y el hidrato de carbono más abundante de la tierra. La celulosa y sus formas modificadas actúan como fibra dietética porque el organismo humano no puede digerirlas y, por tanto, no aportan calorías significativas. No obstante, la fibra dietética tiene una importante función en la regulación del sistema digestivo.
El polvo de celulosa purificada y la celulosa microcristalina son formas de celulosa ampliamente utilizadas en la preparación de alimentos. Su aroma, sabor y color son prácticamente despreciables y no sufren contaminación microbiana; en la preparación de los alimentos presentan las siguientes propiedades:
- Estabilizan las espumas y las emulsiones
- Forman geles de textura cremosa
- Estabilizan los geles de pectina y almidón al calentar
- Modifican las texturas
- Mejoran la adhesión
- Sustituyen a las grasas y aceites
- Actúan sobre el crecimiento de los cristales de hielo
La celulosa no es soluble salvo en disolventes especiales con capacidad para romper los enlaces intermoleculares. Sin embargo, algunos derivados de la celulosa son hidrosolubles y desempeñan un papel importante como gomas alimentarias para la preparación de alimentos: Carboximetilcelulosas, Metilcelulosas e Hidroxipropilmetilcelulosas. Estas gomas alimentarias están clasificadas según la Directiva Europea sobre aditivos alimentarios que no son colorantes ni edulcorantes, y se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1. Aditivos de almidón y celulosa incluidos en la Directiva del Consejo 95/2/EEC sobre aditivos alimentarios que no son colorantes ni edulcorantes.
polvo)
size=2>Hidroxipropilmetilcelulosa
hidrolizada enzimáticamente
dialmidón
dialmidón
dialmidón
hidroxipropildialmidón
almidón
La tecnología de los nuevos polisacáridos
La tecnología de los polisacáridos ha avanzado rápidamente en los últimos años hasta llegar a conseguir productos altamente evolucionados que satisfacen las necesidades de los consumidores y de la industria. La celulosa bacteriana, el almidón natural funcional (almidón "natural") y los polisacáridos producidos por fermentación son polisacáridos tecnológicamente avanzados producidos para satisfacer las necesidades de la industria alimentaria. Estos productos de alta tecnología se aplican principalmente como espesantes, estabilizantes, ligantes, gelificantes y sucedáneos de las grasas en muy diversos productos alimenticios. La mayoría de ellos, sobre todo el almidón "natural", representa un hito en la tecnología alimentaria.
Celulosa bacteriana o celulosa microfibrosa
Se ha sugerido que una celulosa alimentaria, producida por fermentación microbiana, mejora la funcionalidad a niveles de uso inferiores a los de otros ingredientes a base de celulosa. Esta celulosa se puede utilizar como espesante, estabilizante y ligante en muchos productos alimenticios, entre los que se encuentran aquellos con bajo contenido en grasas o sin grasas.
Según los técnicos, el nuevo ingrediente es químicamente idéntico a la celulosa vegetal pero sus fibras, que son mucho menores, se disponen de tal manera que forman una estructura tridimensional semejante a una tela de araña.. La superficie que cubren estas fibras puede ser hasta 200 veces superior a la de otras formas de celulosa. Dado que este ingrediente es insoluble, a los puntos de enlace sobre las hebras no les afecta la temperatura, ni el pH, las sales, los oxidantes o el desgaste. Las sustancias celulósicas hidrosolubles no presentan el mismo grado de estabilidad en estas condiciones.
Debido a sus propiedades y estructura, la celulosa microfibrosa parece tener importantes aplicaciones en diversos preparados alimentarios en los que es necesario conseguir un bajo nivel de uso, la inalterabilidad del sabor, la estabilización de una espuma y la estabilidad ante diferentes pHs, temperaturas y condiciones de congelación. Entre los usos potenciales de la fibra se podrían incluir la elaboración de aliños, salsas y jugos preparados; sorbetes y helados; nata y productos lácteos fermentados; batidos para recubrimientos y postres; y productos lácteos congelados.
La celulosa bacteriana se produce por la fermentación microbiana realizada por Acetobacter xylinum junto con otros coadyuvantes, como la sacarosa y la carboximetilcelulosa, que favorecen una mayor dispersión del producto. La FDA de los Estados Unidos de América ha otorgado a la celulosa bacteriana la denominación de "generalmente reconocida como segura" (GRAS). A parte de este producto recientemente desarrollado, existe un gel de celulosa bacteriana, denominado nata, que se toma principalmente como postre exquisito en Filipinas.
Polisacáridos producidos por fermentación
Primero fue el Xanthan, después fue el Gellan y el último polisacárido producido por fermentación que ha aprobado la ìFood and Drug Administrationî para uso en los Estados Unidos de América ha sido el Curdlan. Este producto permite la formación de un gel por simple calentamiento en solución acuosa. Por tanto, es diferente de otros gelificantes que requieren unas condiciones especiales, además de calor, para formar geles. La sustitución de gelatina animal por otros gelificantes se está convirtiendo en una práctica muy corriente, estimulada por las preocupaciones suscitadas por el BSE.
Fabricado y comercializado por Takeda U.S.A. con el nombre de Pureglucam, esta sustancia producida por fermentación se ha utilizado ampliamente en algunos países como Japón, Corea y Taiwan. Se puede utilizar para mejorar la textura y la capacidad de retención de agua en diversos productos como carnes, aves y mariscos. Otras aplicaciones alimentarias pueden incluir la mejora de la consistencia de la pasta, de la viscosidad de las salsas y aliños y de la forma y textura de los postres. También se puede utilizar como ingrediente esencial en la preparación de nuevos alimentos funcionales o novedosos, incluyendo los productos bajos en calorías.
Esta sustancia, producida por el microorganismo Alcaligenes faecalis var. myxogenes, fue aprobada por la ìFood And Drug Administrationî de los Estados Unidos de América el 16 de diciembre de 1996.
Almidones naturales funcionales
Se ha descrito que estos almidones, producidos por procesos físicos, presentan las propiedades de los almidones modificados sin estar modificados química ni enzimáticamente. Estos almidones naturales funcionales realmente representan un hito en la tecnología del almidón porque abren la posibilidad de que el almidón que se añade al alimento preparado pueda aparecer en el etiquetado como ingrediente natural. Esta familia de almidones se denominan Novation y los está introduciendo la compañía National Starch and Chemical Company , radicada en Bridgewater, N.J. (EE.UU.)
Los proveedores y productores están buscando continuamente ingredientes naturales con el fin de evitar la clasificación de sustancias con "número E" en el etiquetado del producto final. Aunque el número E indica permiso de la Unión Europea para utilizar el ingrediente en cuestión, y por tanto supone un sello de aprobación, los números E tienen una imagen extremadamente negativa para los consumidores europeos.
Se afirma que los almidones naturales funcionales, descritos como producidos mediante procesos físicos -y no químicos ni enzimáticos- ofrecen resistencia a la temperatura, tolerancia a la ruptura y al pH, así como estabilidad en condiciones de almacenamiento, una textura suave y además no producen sensación pastosa en la boca. También se comercializan por su perfil aromatizante que permite saborear y diferenciar los sabores en los alimentos terminados. Estos almidones se pueden utilizar en los productos lácteos, sopas, condimentos, aliños, jugos y salsas de pH alto o bajo, alimentos para bebés y preparados de frutas.
Los almidones naturales se caracterizan porque no soportan las condiciones de elevada temperatura, cizallamiento y medio ácido que sufren los alimentos elaborados durante su fabricación y almacenamiento. Un equipo multidisciplinar de la compañía National Starch and Chemical Company ha patentado una tecnología con la que se obtienen diferentes almidones cuyos resultados son satisfactorios en la mayor parte de los sistemas alimentarios. Además, el equipo descubrió que con el proceso, que consigue tales propiedades, también se potencia el sabor de muchos alimentos. Estas ventajas permiten a la industria alimentaria elaborar nuevos productos o modificar los ya existentes, promocionándolos en el mercado con una nueva imagen y nuevos sabores.
El lanzamiento comercial de Novation se realizó de forma integrada en términos funcionales, cronológicos y geográficos. Los almidones de la familia Novation se elaboran con una nueva tecnología diseñada para conseguir unas características similares a la de los almidones tradicionales, al mismo tiempo que se potencia el sabor y se cumplen las exigencias de etiquetado de los almidones naturales.
Implicaciones para las Directivas Europeas
Estos nuevos polisacáridos presentan retos normativos para dos legislaciones de la Unión Europea.:
-Directiva del Consejo 95/2/EEC de 20 de febrero de 1995 sobre aditivos alimentarios que no son colorantes ni edulcorantes, y sus enmiendas propuestas (97/C 76/09).
-Reglamento del Consejo 258/97EEC de 27 de enero de 1997 relativo a nuevos alimentos y nuevos ingredientes de alimentos. Este reglamento hace referencia a la comercialización en la Comunidad de nuevos alimentos o de nuevos ingredientes de alimentos, como por ejemplo los que se elaboran con microorganismos, hongos y algas o se extraen de ellos.
Existen dos cuestiones legales principales relativas a estos nuevos polisacáridos: por una parte, la Comisión Europea tendrá que decidir si regula o no estos nuevos productos y, por otra parte, en caso afirmativo, surge otra cuestión: ¿se deben regular como ingredientes o como aditivos?
Está bastante claro que la celulosa bacteriana y los polisacáridos producidos por fermentación deben clasificarse bajo el epígrafe d del artículo 1 del Reglamento relativo a nuevos alimentos y nuevos ingredientes de alimentos. Bajo este epígrafe se clasifican los alimentos y los ingredientes de alimentos elaborados con microorganismos, hongos o algas o extraídos de ellos, como por ejemplo la celulosa bacteriana y los polisacáridos producidos por fermentación. Sin embargo, esto puede dar lugar a confusión porque la celulosa siempre se ha clasificado como aditivo y no como ingrediente. Ello dará lugar a cambios en la actual clasificación de la celulosa como aditivo en la Directiva sobre aditivos alimentarios que no son colorantes ni edulcorantes, especificando que la celulosa cuyo código es el E-460 es una celulosa no bacteriana.
Cómo regular los nuevos almidones naturales funcionales resulta incluso menos claro. Los fabricantes esperan que se los clasifique como compuestos naturales y evitar así la reglamentación. Las normas actuales respaldan esta aspiración ya que los almidones naturales funcionales no se ajustan a la actual definición de "almidones modificados" de la Directiva sobre aditivos alimentarios que no son colorantes ni edulcorantes. La razón es obvia: en el momento en que se redactó la normativa, la tecnología alimentaria no permitía un almidón con unas propiedades correctas si no era a base de tratamientos químicos. Así, la legislación mencionada define a las sustancias obtenidas de los almidones comestibles mediante uno o más tratamientos químicos, como "almidones modificados".
Los expertos actuales en tecnología de los alimentos de la compañía National Starch and Chemical Company han forzado a los políticos a cuestionarse si regulan o no estos nuevos almidones naturales funcionales. Existen tres posibilidades:
- Clasificar el producto como ingrediente natural (la opción preferida por la industria),
- Cambiar la definición actual de "almidones modificados" o añadir una nueva para los almidones naturales funcionales dentro de la Directiva sobre aditivos alimentarios que no son colorantes ni edulcorantes, o
- Clasificarlos en el Reglamento sobre nuevos alimentos y nuevos ingredientes de alimentos.
Para poder tomar una decisión final sobre esta cuestión es necesario un mayor conocimiento de los procesos físicos aplicados en la producción de los almidones naturales funcionales.
Implicaciones para la PAC
La cantidad de almidón utilizado en la fabricación de alimentos y productos industriales es probable que aumente en el futuro, en consonancia con la tasa de incremento del Producto Interior Bruto, teniendo implicaciones para la Política Agraria Común. El almidón ya tiene muy diversas aplicaciones en la preparación de alimentos, la fabricación de papel, textiles, adhesivos y líquidos de perforación.
Una de las principales razones para este incremento en su utilización se puede encontrar en las presiones medioambientales para sustituir ciertos productos químicos por productos derivados de los hidratos de carbono. Un buen ejemplo es el desarrollo de tensioactivos derivados de los hidratos de carbono debido a su bajo impacto sobre el medio ambiente y a su imagen "verde" en el mercado.
Actualmente el comercio mundial de almidón, incluyendo el almidón modificado y sus derivados, en principio es libre pero existe cierto grado de protección frente a las importaciones en la UE.
El producto pertenece a la Organización del Mercado Común para los Cereales. Se beneficia de un régimen específico de reembolso para favorecer su empleo en el mercado interno de la Unión: se otorga una compensación específica para permitir que la industria que utilice almidón como materia prima sea competitiva con los productos industriales similares importados de terceros países sin protección (por ejemplo, papel, productos químicos). Este reembolso cubre la diferencia de precios entre el almidón de la UE, producido bajo las exigencias de la PAC, y el almidón producido en el mercado mundial con una materia prima más barata. Con este régimen se benefician más de 3 millones de toneladas de almidón al año.
Además de esta medida destinada al mercado interno, las exportaciones de almidón se estimulan mediante una subvención similar, los llamados reembolsos a la exportación. La reforma de la PAC, no obstante, y en particular la continua disminución de precios de los productos agrícolas, debe dar lugar a la desaparición de estos reembolsos cuando estos productos, por ejemplo, los cereales y las patatas, alcancen su nivel de precios en el mercado mundial.
Debido a los avances tecnológicos anteriormente descritos parece claro que el almidón se está convirtiendo en una materia prima cada vez más atractiva y que es probable que aumente la demanda de ciertas producciones de almidón. Como resultado, y en el contexto de la evolución de la PAC, puede haber llegado el momento de pensar en estimular la producción europea de almidón de muy diversas maneras, desde medidas políticas hasta aplicando modernas técnicas de biotecnología. Las decisiones políticas erróneas en esta área pueden dar ventaja a los Estados Unidos, como es el caso de los derivados del almidón, en el que enormes inversiones tecnológicas y el apoyo del Gobierno han hecho posible que los EE.UU. hayan acaparado el mercado.
Conclusiones
El desarrollo de ingredientes o aditivos de alta tecnología, como los polisacáridos objeto de este artículo, ilustra varias tendencias importantes. Estos ingredientes o aditivos se adecuan a las necesidades específicas de diversos tipos de alimentos. Los avances en esta materia muestran el uso integrado de las tecnologías agrícolas y alimentarias y, por supuesto, la preocupación creciente de la industria por estudiar las demandas de los consumidores relativas a la nutrición y a la calidad de la elaboración de los alimentos.
La aparición de estos nuevos polisacáridos es probable que tenga implicaciones para la legislación europea, sobre todo para la Directiva sobre aditivos alimentarios que no son colorantes ni edulcorantes y para el Reglamento sobre nuevos alimentos y nuevos ingredientes de alimentos.
Es hora de llevar a cabo estudios prospectivos sobre el mercado del almidón ya que sus nuevos usos pueden dar lugar a un aumento de la demanda de la producción de almidón. La tecnología tendrá un papel dominante en el futuro desarrollo del mercado del almidón. Ejemplos de estas tendencias son la biotecnología para producir almidón destinado a las necesidades de la industria y de los consumidores, y las nuevas tecnologías para producir almidones naturales funcionales y mejorar la comercialización de los derivados del almidón.
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Palabras clave
polisacáridos, almidón, almidón natural funcional, celulosa bacteriana, polisacáridos producidos por fermentación, ingredientes aditivos alimentarios.
Referencias
High technology: Taking ingredients to a new level, Food Technology vol. 51, nº 6, 79-80. Junio 1997.
Annual report 1996 del National Starch and Chemical Company.
Technology trends. Food technology vol.. 51, nº 6, 46-47. Junio 1997.
Whilster, R.L. y Bemiller, J.N., Carbohydrate chemistry for food scientists, Egan press, St. Paul 1997.
Agradecimientos
Ms. Heinimaa. European Commision DG III.
Mr. De Baere. European Commision DG VI.
Contactos
Miguel Vega García. IPTS
Tel: +34 5 4488211. Fax: +34 5 4488339. Correo electrónico: miguel.vega@jrc.es
Laurent Bontoux. IPTS
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Sobre los autores
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Miguel Vega es Ingeniero Agrónomo por la Universidad Politécnica de Madrid y esta especializado en Industria Agroalimentaria. Trabaja actualmente en el IPTS como Auxiliar Científico para asuntos relacionados con las Ciencias de la Vida. Anteriormente ha sido consultor de la Federación Española de Industrias de la Alimentación y de Bebidas. Su campo de investigación se centra en las tecnologías agroalimentarias bajo el punto de vista de la sanidad y del medio ambiente
Laurent Bontoux es ingeniero agroalimentario de ENSIA (Francia) y doctor en ciencias medioambientales por la Universidad de California en Berkeley (EE.UU.). Antes de pasar a formar parte del IPTS como Agente científico, trabajó como Científico de seguridad medioambiental en Procter & Gamble. Su experiencia cubre campos tan diversos como la ecotoxicología y el impacto medioambiental de las sustancias químicas, las tecnologías medioambientales y la gestión de desechos, el reciclado y la reutilización de aguas residuales.
