El propósito principal de este proyecto es estudiar la interacción que ocurre en medio acuoso entre un almidón de maíz ceroso reticulado químicamente (AMCRQ) y un aislado de proteínas de suero lácteo (WPI por sus siglas en inglés). Para ello se recurre a técnicas calorimétricas, de reología, microscopía y difracción láser. El almidón y las proteinas son componentes naturales de muchos alimentos e ingredientes de un buen número de alimentos preparados en los cuales su presencia se usa con propósitos específicos y juega un papel importante en propiedades macroscópicas tales como flujo, estabilidad, textura y gusto. El AMCRQ, en particular, ofrece ventajas sobre los almidones normales porque al contener menos de 1% de amilosa es menos proclive a retrogradar y no forma geles. Además al no haber amilosa en la fase continua no hay posibilidad de que ésta interaccione con cualquier otro componente que pudiera combinarse con el almidón. Por otro lado, la reticulación química lo hace resistente a tratamientos térmicos y de estructura más estable. Las propiedades de este almidón han sido menos estudiadas que las del almidón normal y resta aún mucho por investigar en relación con sus mezclas con otros componentes macromoleculares. El suero lácteo, antes considerado un residuo de la fabricación de queso, es ahora aprovechado para obtener distintos productos como el WPI cuyas propiedades funcionales han sido también estudiadas desde hace tiempo. El interés por estudiar las propiedades funcionales de mezclas AMCRQ-WPI es muy reciente a pesar de que las mezclas almidón normal-WPI se usan de manera importante en aplicaciones prácticas de tiempo atrás. En este proyecto el estudio de estos sistemas se aborda con un enfoque “interacción-ensamblaje”. Esto significa que la comprensión de sistemas complejos, como los alimentos, se adquiere gradualmente estudiando sistemas más simples en los cuales se entiende la interacción de los componentes macromoleculares y a partir de ello se ensamblan las propiedades estudiadas para explicar aquellas del medio complejo. Durante los pasados diez años hemos estudiado, entre otras, la interacción entre el AMCRQ y gelana y AMCRQ y kapa-carragenina dado que estas macromoléculas son ingredientes de muchos alimentos preparados. Habiendo comprendido la interacción de estos componentes, estamos interesados ahora en el estudio de las interacciones de ese tipo de almidón con el WPI El paso siguiente, no planteado en este proyecto, es el estudio de las interacciones en sistemas más complejos, por ejemplo, AMCRQ-carragenina-suero lácteo para ir ensamblando la información y acercarnos gradualmente a la comprensión de sistemas alimenticios. El enfoque referido permite complicar la composición de los sistemas hasta donde se desee, por ejemplo, vía la adición de solutos de bajo peso molecular, como sales, azúcares, lípidos, a los sistemas ternarios o cuaternarios macromoleculares en estudio. El proyecto está planteado para soportar el doctorado de la alumna María Alejandra Espinosa Dzib y consta básicamente de tres etapas. En la primera, con duración estimada de un año, se estudiarán las propiedades funcionales de los componentes macromoleculares individuales y se montarán las técnicas necesarias para evaluar los cambios surgidos del uso de diferentes condiciones termomecánicas de preparación. En la segunda, con duración aproximada de un año, se estudiarán las propiedaes funcionales e interacciones de las mezclas preparadas por medio de un procedimiento “batch” o por lote en un tanque agitado mecánicamente. En la última etapa, tercer año del proyecto, estudiaremos los mismos aspectos en mezclas preparadas por un proceso contínuo de flujo en tubería con el objeto de comprender el efecto de la cizalla mecánica sobre la estructura y propiedades de ambos componentes dado que en nuestros estudios con el AMCRQ hemos encontrado que si bien es estable a la temperatura, puede no serlo completamente a la cizalla mecánica. En consecuencia, los recursos solicitados son en buena parte para la adquisición de equipo de laboratorio que permita realizar el estudio en mejores condiciones con los recursos adecuados.

Actualmente el almidón y las proteínas séricas lácteas se usan en combinación como agentes espesantes o generadores de consistencia en salsas, pudines, cremas y natillas entre otros. Desde un punto de vista puramente sensorial, por ende subjetivo, el almidón aporta la consistencia o cuerpo, mientras que las proteínas la untuosidad. La función de cada uno de estos componentes puede expresarse de manera objetiva asociando cada uno de sus atributos con propiedades bien definidas. Es así que la combinación de comportamientos sólido-liquido que resulta de la combinación de almidón con proteínas séricas lácteas puede identificarse muy bien con la viscoelasticidad de estos materiales. Las propiedades espesantes de los sistemas almidón-proteínas séricas lácteas son el resultado de una modificación estructural inicial de ambos componentes debida a las condiciones de tratamiento termomecánico. Por un lado el almidón se gelatiniza y por otro las proteínas se desnaturalizan. Si no se produjese una interacción entre ambos componentes, la mezcla podría concebirse como una suspensión de gránulos de almidón hinchados dispersos en una fase continua en la cual las proteínas séricas lácteas tendrán diversos grados de agregación. El intervalo de temperatura para el cual ocurre el cambio de estructura de ambos componentes es relativamente estrecho, alrededor de 10 °C, es decir, entre 65 a 75 °C y varía con el pH y el medio ambiente iónico en el cual se encuentran las proteínas. Si tal interacción ocurre o no es aún materia de estudio debido a la complejidad de los sistemas alimenticios en los cuales hay además lípidos, sales, azúcares y otros componentes cuya presencia no se sabe aún si afecta o no el comportamiento de un determinado alimento (El-Garawamy y col. 2005). Las propiedades reológicas y de estructura de las mezclas almidón-proteínas séricas lácteas no sólo dependen del tratamiento térmico, e.g. pasteurización, esterilización, sino también de los efectos que incluyen el tiempo, e.g. rapidez de calentamiento y rapidez de cizalla. Esta última está asociada con la geometría y la velocidad de agitación de los impulsores usados para mezclar, si el mezclado es por lote en tanques con agitación mecánica, así como del régimen de flujo en intercambiadores de calor tubulares de operación continua. Por lo tanto, conocer las propiedades de flujo y viscoelásticas de estos sistemas y su sensibilidad a los tratamientos termomecánicos no sólo es importante con el fin de conocer su “textura” y cómo ésta se asocia con la estructura, sino también desde un punto de vista de la ingeniería de proceso. Desde un punto de vista más fundamental, es importante conocer de qué manera interaccionan estos componentes para poder entender cómo se desarrollan sus propiedades funcionales, qué factores están involucrados y cómo son afectados por las condiciones del entorno. El objetivo final es generar el conocimiento que permita darle a la preparación industrial de alimentos un carácter cada vez más racional y menos empírico. Un elemento adicional es que estudiar estos aspectos en un alimento es en extremo difícil debido a su composición y la presencia de múltiples componentes. Para ello una estrategia consiste en estudiar la interacción de los componentes macromoleculares en medios acuosos “modelo” los cuales al no ser alimentos procesados carecen de la complejidad de éstos. En este sentido, hemos usado esta estrategia para estudiar la interacción del almidón de maíz ceroso no modificado con la gelana (Rodríguez-Hernández et al., 2003, 2006) y del almidón de maíz ceroso modificado químicamente con la kapa-carragenina (Núñez-Santiago y Tecante, 2007). Tanto la gelana como la carragenina son polísacáridos muy usados en alimentos como agentes gelificantes ya sea de manera individual o en combinación con almidón y proteínas séricas lácticas en productos lácteos. Habiendo comprendido muchos de los aspectos aquí mencionados pero para las mezclas almidón-gelana y almidón-carragenina, estamos interesados ahora en examinarlos para las mezclas almidón-proteínas séricas lácteas ya que el propósito principal es integrar estos conocimientos para comprender mejor las interacciones que ocurren en sistemas más complejos, es decir, acercarnos cada vez más a la comprensión de alimentos multicomponentes a través del estudio de los componentes por separado y en mezclas relativamente simples a través de una estrategia “interacción-ensamblaje”. Con base en lo anterior, el principal objetivo de este trabajo consiste en determinar las propiedades funcionales y de microestructura de mezclas almidón de maíz ceroso modificado químicamente y proteínas de suero lácteo asociadas con su tratamiento bajo diferentes condiciones termomecánicas. Para ello, se plantea el examen de su comportamiento viscoelástico, sus transiciones térmicas, sus propiedades de difracción láser y el examen de su microestructura. Como se desprende de los antecedentes presentados previamente, los componentes individuales, almidón y suero lácteo, han sido estudiados de manera intensa y hay mucha información sobre sus propiedades funcionales por separado. Sin embargo, sus mezclas han sido estudiadas de manera más reciente y casi exclusivamente con almidón normal, de maíz, soya y yuca principalmente, que contiene amilosa y amilopectina. Los almidones cerosos y en especial los modificados químicamente han sido menos estudiados. Por otro lado, la mayoría de las investigaciones sobre mezclas de almidón con proteínas séricas lácteas se han concentrado en estudiar condiciones de proceso relacionadas con la extrusión de estos ingredientes en condiciones de baja humedad (Matthey & Hanna, 1997, Alavi y col. 1999). Los materiales plastificados o extrudidos se usan como ingredientes para preparar productos lácteos análogos, principalmente quesos y yogures (Sandoval-Castilla y col. 2004, Yang y col. 2004). Estos análogos son similares en aspecto, sabor y color a los productos que imitan y son muy versátiles porque se les pueden incorporar sabores, colores y otros aditivos de acuerdo con las preferencias de los consumidores. Asimismo, son más baratos que los originales y por ello ampliamente comercializados. Sin embargo, desde un punto de vista nutricional pueden no ser tan completos como los que imitan. En estos estudios se usa en general almidón de maíz normal, es decir, almidón con un contenido natural de aproximadamente 27% de amilosa y el resto de amilopectina. Este almidón es muy susceptible a los tratamientos temomecánicos normalmente usados en la extrusión. Por otro lado, en prácticamente todas estas investigaciones se usa el enfoque de superficie de respuesta porque el propósito principal es deducir correlaciones entre las condiciones de operación, principalmente temperatura, presión de extrusión y tiempo de residencia en el extrusor, y los diferentes factores propios de la formulación de estas mezclas, como proporción de cada componente y pH de la mezcla. La gran desventaja de este enfoque es que no permite el estudio fundamental de las interacciones y las propiedades reológicas de las mezclas de estos componentes. Por lo tanto no permite comprender las propiedades y características de estos sistemas desde una perspectiva más fundamental como la que se plantea en este protocolo. A diferencia del almidón de maíz normal, el almidón de maíz ceroso reticulado químicamente, como el que se usará en esta investigación, contiene de manera natural menos de 1% de amilosa lo que lo hace atractivo dada su poca tendencia a retrogradar. Asimismo, la retículación química (chemical cross-linking) lo hace más resistente a los tratamientos termomecánicos. Otra diferencia con las mezclas extrudidas es que los sistemas como los aquí propuestos se preparan en un gran exceso de agua y por lo tanto los cambios estructurales son de naturaleza distinta. En resumen, la investigación aquí propuesta plantea comprender las interacciones entre los componentes desde una perspectiva más fundamental propia de la ciencia de biopolímeros de uso alimentario, manteniendo también un enfoque encaminado hacia la ingeniería de procesos a través del estudio de diferent