Emulsiones de celulosa como alternativa a las grasas saturadas

A pesar de que su consumo excesivo está relacionado con problemas de salud, las grasas saturadas siguen estando presentes en elevadas proporciones en muchos de los alimentos que consumimos. El principal motivo radica en la complejidad de su sustitución, ya que la funcionalidad aportada por las grasas saturadas es clave en la fabricación tecnológica y responsable de numerosos atributos de alta calidad en los alimentos.

Una alternativa reciente son las emulsiones formuladas con éter de celulosa y aceites vegetales, como el aceite de girasol o el aceite de oliva. Estas emulsiones se han utilizado con éxito en galletas y cremas de chocolate, para sustituir a las grasas con un alto porcentaje de ácidos grasos saturados, como la grasa de palma, la grasa de coco, los aceites hidrogenados, entre otras. En función del éter de celulosa las emulsiones resultantes presentan diferentes texturas pudiéndose adaptar a los requerimientos específicos de distintos alimentos.

Importancia y problemática de las grasas saturadas en alimentación

El exceso en el consumo de grasas con elevado porcentaje de ácidos grasos saturados (comúnmente llamadas grasas saturadas) está relacionado con problemas de salud, como el aumento de enfermedades cardiovasculares, diabetes tipo II, síndrome metabólico y obesidad, entre otros. Su consumo moderado no es perjudicial, el problema surge porque su consumo es muy elevado en nuestra sociedad, ya que están presentes en elevadas proporciones en muchos alimentos, muy en especial en los alimentos procesados. Las grasas saturadas son las responsables de un gran número de atributos de alta calidad en los alimentos que consumimos, principalmente en relación a la textura, el aroma, el sabor y la estabilidad. Esta contribución positiva y fundamental de los ácidos grasos saturados a las propiedades sensoriales y a la fabricación tecnológica de los alimentos, es el motivo principal por el qué a día de hoy, la sustitución de determinadas grasas (ej. la grasa de palma), o la reducción general de las grasas saturadas, resulte tan compleja.

Dada la importancia de las grasas con alto porcentaje de ácidos grasos saturados (grasas sólidas a temperatura ambiente) en la fabricación industrial y la calidad de los alimentos, a lo largo de la historia se han desarrollado diversos métodos para obtener grasas sólidas a partir de aceites líquidos, la gran mayoría basados en la rentabilidad económica. La hidrogenación, la interesterificación y el fraccionamiento han sido los métodos químicos más utilizados para transformar los aceites líquidos en grasas sólidas, y conseguir la plasticidad requerida. En el caso de las grasas obtenidas por hidrogenación parcial, a la problemática de los ácidos grasos saturados se le suma la generación de ácidos grasos trans en importantes cantidades, cuyo efecto nocivo en la salud está claramente demostrado. Para evitar las grasas trans, la tendencia ha cambiado hacia el uso de grasas totalmente hidrogenadas, y de grasas saturadas de origen natural, que si bien están libres de las nocivas grasas trans, no resuelven la necesidad de reducir los ácidos grasos saturados en la alimentación. En el caso particular de la grasa de palma, su uso además se asocia con un daño ecológico por sobreexplotación.

Emulsiones de éter de celulosa

Una alternativa reciente para sustituir las grasas con alto contenido en ácidos grasos saturados son las emulsiones de los éteres de celulosa metilcelulosa (MC) e hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) descritas en la patente P201131749 “Fabricación y aplicación de emulsión sustituta de grasa” (Sanz y col., 2011). Las emulsiones consiguen dotar a los aceites vegetales (líquidos a temperatura ambiente) de consistencia semisólida, sin la aplicación de tratamientos químicos ni térmicos, por lo que no se produce alteración en el perfil lipídico del aceite de partida. La MC y la HPMC son aditivos con función espesante, gelificante y emulsionante, que se utilizan en la formulación de numerosos alimentos. Un ejemplo de formulación de emulsión sería:  MC (2% p/p), aceite de girasol alto oleico (48% p/p) y agua.

Se trata de emulsiones de tipo aceite/agua (es decir la fase externa o continua es agua y la fase dispersa es aceite) en las que la MC o Hpmcejercen la doble función de emulsionantes y estabilizantes, obteniéndose una emulsión estable con consistencia semisólida. Las emulsiones de éter de celulosa presentan numerosas ventajas: no contienen grasas trans y su perfil lipídico es el correspondiente al aceite utilizado en su preparación (por ej. girasol u oliva); poseen un porcentaje total de grasa (48%) inferior al de las grasas comúnmente utilizadas (la mantequilla o las margarinas convencionales poseen en torno al 80%), por lo que además de su perfil lipídico más saludable, disminuyen el contenido total de grasa del alimento; por último, se ha demostrado en ensayos de digestión in vitro que estas emulsiones son parcialmente digeribles, es decir que solo un porcentaje de la grasa que contienen es bioaccesible en el organismo, el resto por tanto se eliminará sin digerir (Espert y col., 2016; Espert y col., 2017).

El tipo de éter de celulosa afecta la textura de las emulsiones, su viscosidad, su estabilidad y la temperatura de formación de gel, debiéndose utilizar el tipo más adecuado en función de los requerimientos del alimento en el que se vaya a emplear (Sanz y col., 2015). En la Figura 1 se muestra la apariencia de tres emulsiones elaboradas con éteres de celulosa con distinto tipo de sustitución. La emulsión elaborada con MC con mayor porcentaje de metoxil sustitución presentó mayor consistencia y mayor resistencia a fluir que el resto de las emulsiones, lo que se asocia a la mayor hidrofobicidad de esta celulosa que da lugar a una estructura más consistente.

Elaboración de las emulsiones

La elaboración de las emulsiones tiene que considerar los requerimientos de dispersión e hidratación de los éteres de celulosa. El proceso de elaboración de la emulsión se muestra en la Figura 2. En un primer paso se dispersa el polvo de celulosa en el aceite con agitación mecánica suave. Esta etapa de dispersión es necesaria para separar adecuadamente las moléculas y facilitar su posterior hidratación. En segundo lugar, se adiciona en agitación el agua a una temperatura de 1ºC. La utilización de agua fría es un requisito necesario para que la celulosa se hidrate adecuadamente y pueda así realizar su función como agente emulsionante y espesante. La temperatura dependerá del tipo de sustitución de la celulosa, requiriéndose una temperatura más baja para la hidratación en los tipos con mayor proporción de sustituyentes metoxilo. En tercer lugar, se homogeniza el conjunto con un Ultraturrax obteniéndose la emulsión.

Propiedades reológicas de las emulsiones

El tipo y el grado de sustitución del éter de celulosa afecta las propiedades viscoelásticas lineales de las emulsiones obtenidas. En la Figura 3 se muestra la dependencia del módulo de elasticidad (G’) y del módulo de viscosidad

(G’’) con la frecuencia a 20ºC  a un valor de amplitud de esfuerzo dentro de la zona viscoelástica lineal para las distintas emulsiones. Las medidas se han realizado con un reómetro de esfuerzo controlado. Las medidas de las propiedades viscoelásticas lineales de las emulsiones proporcionan información relativa a su estructura interna en estado de reposo, son técnicas muy sensibles y útiles para detectar cambios estructurales en las muestras. El  módulo G’ proporciona información sobre la componente sólida de la muestra, y el módulo G’’ sobre la componente líquida. La celulosa con mayor porcentaje de metoxil sustitución mostró una mayor viscoelasticidad con un mayor predominio de la componente sólida (G’) frente a la líquida (G’’). Este comportamiento viscoelástico se traduce en una emulsión con una textura más consistente, más sólida, menos fluida, de acuerdo a la apariencia visualde las emulsiones (Figura 1). El tipo de celulosa también afecta la temperatura de gelificación de las emulsiones, habiéndose relacionado las propiedades termoreológicas y la microestructura de las emulsiones con su estabilidad y la calidad del alimento final (Sanz, y col., 2015).

Aplicación en galletas

Las emulsiones de éter de celulosa se han utilizado para reemplazar el 100% de la grasa convencional en galletas (Figura 4), obteniéndose una masa con unas propiedades reológicas aptas para el proceso de elaboración industrial (Tarancón y col., 2015a) y unas propiedades sensoriales óptimas en la galleta final horneada (Tarancón y col., 2015b). Se realizaron estudios de aceptabilidad con consumidores que puntuaron su agrado en relación al olor, color, dureza, carácter crujiente, sabor, dulzor y aceptabilidad general. Las galletas elaboradas con la emulsión de MC con mayor metoxil sustitución no presentaron diferencias significativas en comparación con galletas control elaboradas con una margarina vegetal. Por su parte, las galletas menos aceptadas fueron las elaboradas con la emulsión de HPMC (Sanz, y col., 2017).

Aplicación en cremas de relleno

En la Figura 6 se muestra la apariencia de cremas de relleno de chocolate preparadas con las emulsiones de éter de celulosa como fuente de grasa. Se observan diferencias notables en el comportamiento de flujo en función del tipo de celulosa. Las cremas preparadas con la emulsión con la MC de mayor metoxil sustitución fueron las más consistente, mientras que las cremas preparadas con la emulsión HPMC presentaron un comportamiento más fluido. Las curvas de flujo correspondientes a las tres cremas se presentan en la Figura 7, se observa que la MC con mayor metoxilación presentó los mayores valores de viscosidad a bajas velocidades de cizalla, lo que refleja su mayor consistencia en reposo. Los valores de viscosidad a bajas velocidades de cizalla reflejan la consistencia de las cremas en el recipiente, en un estado cercano al reposo. Todas las cremas presentaron un comportamiento reológico pseudoplástico, es decir que al aumentar la velocidad de cizalla disminuye su viscosidad (Espert, y col., 2020). A pesar de las diferencias encontradas en la viscosidad a bajas velocidades de cizalla (viscosidad en el recipiente), para altas velocidades de cizalla los valores de viscosidad de todas las cremas son muy similares.

Conclusiones

Las emulsiones de los éteres de celulosa MC e Hpmc son una alternativa viable para dotar de consistencia semisólida a los aceites líquidos y poder sustituir a las grasas con alto porcentaje de ácidos grasos saturados (grasas sólidas a temperatura ambiente) en la elaboración de alimentos. El tipo de celulosa, MC o HPMC, y su grado de sustitución, afectan la consistencia de la emulsión y la temperatura de gelificación, obteniéndose una amplia variedad de posibles texturas. El tipo de celulosa más conveniente dependerá del proceso de fabricación industrial de cada alimento y de las características que se deseen en el producto final. En la aplicación en galletas, la MC con mayor porcentaje de sustitución fue la que proporcionó una mejor aceptabilidad sensorial, en el caso de las cremas de relleno el tipo de celulosa afectó de forma notable a la consistencia en reposo de las cremas, siendo la MC con mayor sustitución la que presentó una consistencia más sólida y la Hpmcla que presentó una consistencia más fluida.

Referencias

-Espert, M. Salvador, A. y Sanz, T. (2016). In vitro digestibility of highly concentrated methylcellulose O/W emulsions: Rheological and structural changes. Food and Function 7(9): 3933-3942.

-Espert, M., Borreani, J., Hernando, I., Quiles, A., Salvador, A., Sanz, T. (2017). Relationship between cellulose chemical substitution, structure and fat digestion in o/w emulsions. Food Hydrocolloids, 69: 76-85.

- Espert, M., Salvador, A., Sanz, T., Hernández, M.J. (2020). Cellulose ether emulsions as fat source in cocoa creams: Thermorheological properties (flow and viscoelasticity). LWT-Food Science and Technology, 117, 108640, (2020).

-Sanz, T. Salvador, A., Fiszman, S.M. y Laguna, L. “Fabricación y aplicación de emulsión sustituta de grasa” Nº solicitud: ES201131749 20111031. Fecha de prioridad: 31 de octubre 2011. Propietario: CSIC.

-Sanz, T., Falomir, M., Salvador, A. (2015). Reversible thermal behaviour of vegetable oil cellulose ether emulsions as fat replacers. Influence of glicerol. Food Hydrocolloids, 46: 19-27.

-Sanz, T., Quiles, A., Salvador, A. Hernando, I. (2017). Structural changes in biscuits made with cellulose emulsions as fat replacers. Food Science and Technology International 23 (6): 480-489.

- Tarancón, P., Hernández, M.J., Salvador, A. y Sanz, T. (2015a). Relevance of creep and oscillatory texts for understanding how cellulose emulsions function as fat replacers in biscuits”. LWT-Food Science and Technology 62: 640-646.

- Tarancón, P., Salvador, A., Sanz, T., Fiszman, S.M., Tárrega, A. (2015b). Use of healthier fats in biscuits (olive and sunflower oil): changing sensory features and their relation with consumers’ liking. Food Research International 69: 91-96.