Propiedades tecnofuncionales de nuevas fuentes de proteína vegetal para la obtención de análogos cárnicos

La preocupación y concienciación medioambiental ligada a la creciente preocupación de los consumidores por la salud y la necesidad de buscar alimentos más naturales, han incrementado la población veggie (vegana, flexitariana o vegetariana), lo que al final se traduce en un aumento hacia la búsqueda de proteínas alternativas, fomentando la actual tendencia plant-based. 

En este sentido, los análogos cárnicos o sustitutos de la carne, ganan cada día mayor popularidad. Con estos productos se buscan características sensoriales y nutricionales similares a la carne, al mismo tiempo que se impulsa la generación de productos con una menor huella de carbono y producidos en sistemas resilientes, sostenibles y de baja emisión de gases de efecto invernadero.

Fuentes proteicas alternativas

Las proteínas vegetales representan materias primas prometedoras para la producción sostenible de productos ricos en proteínas. Particularmente, las legumbres constituyen una buena alternativa por su contenido de proteínas, hidratos de carbono de asimilación lenta, minerales (calcio, hierro, zinc), fibra y algunos componentes bioactivos minoritarios. De todos, destaca su aporte en proteínas (20-40%) y calidad aminoacídica, siendo similar a la proteína animal, aunque limitada en aminoácidos azufrados. La fracción proteica más abundante contenida en las leguminosas son las globulinas, solubles en disoluciones salinas, con contenidos de lisina muy superiores a los cereales. También los cultivos de legumbres protegen el suelo, actuando como fijadoras de nitrógeno y de esa manera mejoran su fertilidad. Estos cultivos necesitan menos agua para la producción de un kilo de alimento que la carne y sus residuos pueden aprovecharse para alimentación animal, reduciendo el desperdicio alimentario. 

En la actualidad, uno de los grandes retos tecnológicos es diversificar las materias primas provenientes de leguminosas para la elaboración de análogos cárnicos, muchas de ellas limitadas por sus propiedades tecnofuncionales, contenido de antinutrientes y digestibilidad proteica. Los análogos cárnicos son elaborados principalmente a partir de aislados y/o concentrados proteicos de soja, aunque cada día es más frecuente el uso de aislados proteicos de guisantes. 

En este estudio, hemos apostado por avanzar en el análisis sobre el comportamiento de nuevas materias primas como son los aislados y/o concentrados proteicos obtenidos a partir de guisante, garbanzo y haba, así como mezclas de estas. 

Tecnología de extrusión 

La extrusión representa una de las líneas tecnológicas de mayor potencial para la obtención de estructuras proteicas alternativas a la carne. Para este fin, el proceso puede ser bajo dos modos distintos en función del contenido de humedad del producto final. Estos procesos son la extrusión a baja humedad (LMEC, Low Moisture Extrusion Cooking) o la extrusión con alta humedad (HMEC, High Moisture Extrusion Cooking). La HMEC permite obtener productos fibrosos no expandidos que imitan la textura y sensación en boca de los productos cárnicos; en cambio, la extrusión en seco origina los denominados texturizados vegetales proteicos (TVP, texturized vegetable protein), característicos por su expansión y que requieren una hidratación posterior previa a su utilización. 

Particularmente durante la HMEC, la proteína que se encuentra en su estado nativo, con una estructura compleja y sin acceso a su funcionalidad, al aplicar calor y fuerzas de cizalla durante el cocinado, se desnaturaliza perdiendo su estructura nativa y dejando accesibles los sitios de unión para nuevos enlaces, lo que facilita que en una segunda etapa (enfriamiento o texturización) la proteína se reorganice formando nuevos enlaces, dando lugar a un producto de naturaleza fibrosa. Por tanto, el uso de esta tecnología implica un doble reto: la elección de las materias primas con las mejores características tecnofuncionales según el producto final deseado y la optimización de las condiciones del proceso para llegar a la textura deseada. 

Bajo este contexto, conocer las propiedades nutricionales y tecnofuncionales (propiedades de empastamiento, propiedades de hidratación, propiedades emulsionantes), es esencial para seleccionar la materia prima más adecuada, dada su influencia directa sobre las condiciones operacionales de la extrusora y textura del producto.

Análisis de las propiedades tecnofuncionales de las materias primas

En este estudio, la materia prima principalmente está constituida por aislados o concentrados proteicos de leguminosas. Sobre estas fuentes proteicas, es imprescindible determinar las propiedades de empastamiento, empleando un viscosímetro o analizador rápido de viscosidad ( Rapid Visco Analyser, RVA), las propiedades de hidratación, como la capacidad de absorción o retención de agua (WAC, water absorption capacity; o WBC, water binding capacity), capacidad de retención de aceite (OAC, oil absorption capacity), así como la capacidad y estabilidad emulsionante (EC, emulsifying capacity; ES, emulsifying stability), ya que estas últimas están relacionadas con la jugosidad y la palatabilidad del análogo o producto final.

En concreto, se emplearon las siguientes muestras: aislado de guisante (AGs), aislado de haba (AH), concentrado de garbanzo (CG), mezcla con aislado de guisante (MGs), mezcla de haba y garbanzo (MHGb), así como aislado de soja (AS), concentrado de soja (CS) y mezcla de aislado y concentrado de soja (MS), estas tres empleadas como referencia.

Unas de las propiedades tecnofuncionales estrechamente relacionada con el comportamiento de la materia prima durante el proceso de extrusión son las propiedades de empastamiento o viscosidad, con el fin de obtener información sobre el comportamiento de las materias primas durante la primera fase de calentamiento del proceso de extrusión, ya que el RVA, tiene la capacidad de calentar y enfriar una suspensión acuosa de harina bajo un cizallamiento constante, midiendo simultáneamente los cambios de viscosidad, llegando a los 95 ºC, lo cual simula lo que ocurriría en la extrusora durante la fase inicial, al someter a la materia prima a una energía mecánica y térmica (giro de los tornillos y rampa de temperaturas). Adicionalmente las mediciones de la viscosidad mediante el RVA, pueden revelar el grado de interacción entre una mezcla de componentes alimentarios y el efecto de los cambios en las condiciones de procesamiento físico sobre la funcionalidad de las proteínas.

En las curvas de viscosidad obtenidas en el RVA para las materias primas valoradas, se representa la viscosidad (eje y) frente al tiempo en minutos (eje x) y la temperatura expresada en ºC. En la Figura 1 se agrupan los análisis RVA de las materias primas estudiadas.

En los resultados obtenidos se pueden observar dos comportamientos diferentes, curvas de empastamiento con una viscosidad inicial alta o con una viscosidad inicial baja, la cual se mantiene constante o que sufren un incremento en la viscosidad al aumentar la temperatura, lo que depende en gran medida de la solubilidad de las proteínas y propiedades de hidratación. Esto también está estrechamente relacionado con el consumo energético requerido durante el procedimiento de extrusión, ya que, con la hidratación, la harina absorbe agua y se hincha resultando en una viscosidad inicial mayor que va disminuyendo cuando aumenta la energía mecánica y térmica aplicada. 

El incremento de la viscosidad con el calentamiento a 95 ºC se puede deber a la desnaturalización de las proteínas y la disminución de la solubilidad, que resulta en un aumento de la viscosidad. Mientras que cuando no se observan cambios en el valor de la viscosidad, manteniéndose constante incluso a altas temperaturas, se puede plantear que el producto va a requerir mayor energía térmica y mecánica, para lograr la desnaturalización proteica y sufrir cambios en la viscosidad, esperándose un aumento en el consumo energético SME.

En cuanto a la WAC, determinada como la cantidad máxima de agua que 1 g de material absorberá y retendrá bajo centrifugación a baja velocidad, los resultados obtenidos se muestran en la Figura 2. 

Con relación a esta propiedad, es importante destacar que la unión del agua a las proteínas está relacionada con los grupos hidrófilos, como los grupos imino, amino, carboxilo, hidroxilo, carbonilo y sulfhidrilo. La capacidad de las proteínas para retener humedad se ve afectada por el tipo y número de estos grupos polares en la cadena polipeptídica de la proteína. Las proteínas que contienen numerosos aminoácidos cargados tenderán a fijar grandes cantidades de agua. Aquellas materias primas con valores de WAC bajos pueden no ser capaces de retener el agua eficazmente, mientras que las de valores altos pueden hacer que los productos alimenticios sean frágiles y se sequen. 

Las muestras CS y AS que presentan la mayor viscosidad de pico son las que se caracterizan por tener una mayor capacidad de absorción de agua. 

Por su parte, el AGs y MGs presentan valores de WAC inferiores, coincidiendo con picos de viscosidad inicial bajo. Una posible explicación de este comportamiento es la falta de aminoácidos polares en la superficie de las proteínas contenidas en el guisante, ya que estos grupos polares son responsables en gran parte de la interacción proteína-agua.

El valor de WAC obtenido para el CGb fue el más bajo de todos. Este comportamiento puede deberse a que se trata de la muestra con menor concentración de proteína. Además, la forma de extracción de la proteína y su alto contenido de grasa, también puede afectar este valor.

Respecto a los valores obtenidos sobre la OAC, como se puede observar en la Figura 3, la muestra con mayor capacidad para absorber grasa es el CS, seguido de MS y AS. Por su parte, el AH obtuvo valores inferiores a las muestras de soja, pero superiores al resto de las muestras estudiadas. El valor más bajo fue para la MGs.

Desde un punto de vista de aplicación, estos resultados ayudan a predecir el comportamiento de la proteína durante la extrusión, y con ello las características de textura esperadas en el producto texturizado obtenido.