Cuarenta y seis a cincuenta y tres

Artículo de Revisión
Sinergia entre edulcorantes no calóricos y el ácido fumárico
Mauricio Restrepo Gallego
Ingeniero de Alimentos – Corporación Universitaria Lasallista, Especialista en Pedagogía y Psicología, profesor del programa de Ingeniería de Alimentos, Facultad de Ingenierías de la Corporación Universitaria Lasallista Correspondencia: Mauricio Restrepo Gallego, email: marestrepo@lasallista.edu.co Línea de investigación: Bioprocesos. Innovación y desarrollo de productos alimentarios Sinergy between non-caloric sweeteners and fumaric acid.
Abstract
Ante la gran demanda de productos libres de azúcar Given the great demand of sugar-free products it is se evidencia la necesidad de encontrar nuevas apli- necessary to find new applications for traditional caciones para productos tradicionales. Es el caso del products and additives. This is the case of the fumaric ácido fumárico, para el cual se está buscando el edul- acid, for which a sweetener or sweeteners mixture corante o mezcla de edulcorantes que otorgue un buen that grants a good level of synergy in products like nivel de sinergia en productos como los refrescos en powder beverages is being searched. The current polvo. Las investigaciones actuales sugieren el pro- investigations suggest that the encapsulation process ceso de encapsulación como la mejor alternativa para is the best alternative to achieve a good balance llegar a un equilibrio óptimo entre acidulantes y between acidulants and sweeteners, taking edulcorantes, aprovechando las propiedades advantage of their physicochemical and sensorial fisicoquímicas y sensoriales que poseen.
Palabras clave: Ácido fumárico. Edulcorante. Acidu-
Key words : Fumaric acid. Sweeteners. Acidulant.
lante. Sinergia. Encapsulación. Refrescos en polvo.
Synergy. Encapsulation. Powder beverages.
Introducción
tores, como el valor nutricional, la inocuidad y,obviamente, el precio.
Las propiedades organolépticas de un productoalimenticio, determinan en gran medida el grado En el caso concreto de aditivos para alimentos, de aceptación que el consumidor final manifiesta los acidulantes y edulcorantes representan un hacia él. De hecho, más que el precio o el empa- segmento bastante amplio sobre el cual se enfo- que, se suele recomendar un alimento por su buen can grandes esfuerzos investigativos. Los sabor, apariencia o aroma. De estos factores el acidulantes, además de proporcionar la percep- sabor y el aroma se asocian con diversos fenó- ción ácida y disminuir el pH, tienen propiedades menos químicos comprendidos en el campo de que les permiten actuar como conservadores, estudio de la quimiorecepción, un área que no modificadores de viscosidad, coagulantes, agrupa a más de 3000 científicos en todo el mun- inhibidores de algunas reacciones y antioxidantes, do pero que realiza aportes considerables desde entre otros2,3. Los edulcorantes, por su parte, adquieren importancia gracias a la preocupación Norteamérica y Japón1. Es así como se avanza existente por enfermedades como la diabetes y continuamente en estudios que permitan la com- otras condiciones asociadas a la salud y al cuida- prensión de las percepciones ácida, dulce, sala- do del cuerpo, que obliga a una reducción de la da y amarga para desarrollar ingredientes y pro- ingesta de azúcar, y conduce al desarrollo de una ductos que le brinden al consumidor una sensa- nueva gama de productos que aporten dulzura al ción agradable y duradera sin disminuir otros fac- 46 REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - VOL. 1 No. 2 Surge entonces la inquietud sobre las aplicacio- alcohólicas, jaleas, gelatinas, conservas, goma de nes que puede tener un acidulante como el ácido mascar, tortillas, jugos de fruta y confites9. Por su fumárico en el segmento de los refrescos en pol- condición de no higroscópico, es un producto ideal vo bajos en calorías. Para ello, es necesario en- para la producción de mezclas en polvo para re- contrar un edulcorante no calórico con un grado frescos y gelatinas, en cuanto no se requiere de de sinergia óptimo con el acidulante en cuestión, condiciones de empaque y almacenamiento tan teniendo en cuenta factores como la solubilidad rigurosas como en otros casos, en donde la hu- en el agua, el pH, la durabilidad de la sensación medad es un factor ambiental crítico para la con- ácida y dulce, la inhibición del regusto del edul- servación5. También es empleado para acelerar corante y el costo final del producto.
la fijación del color en productos cárnicos cura-dos, como sustituto del ácido tartárico en bebi-das, y en panificación3.
¿Por qué ácido fumárico?
En comparación con los demás ácidos orgánicos El ácido fumárico (E-297) es la forma trans del de grado alimenticio, el fumárico es el menos cos- ácido butenodióico. Se obtiene como subproduc- toso desde el punto de vista de las cantidades to en la industria del anhídrido ftálico y el anhídrido requeridas y la persistencia del sabor ácido. Esto maléico. También es posible obtenerlo por isomeri- se debe a que es el más ácido de toda su familia, zación catalítica y en caliente del ácido málico.
tanto por la cantidad de iones de hidrógeno que La fermentación de glucosa o melazas es un mé- libera en estado acuoso, como por el sabor ácido todo biotecnológico alternativo para su producción5.
que imparte3. Como puede verse en la Tabla 1,es un ácido con una solubilidad muy baja en agua, Tabla 1. Propiedades del ácido fumárico 3,6,7
lo cual, aunque es una desventaja frente a otros,como el cítrico, que tiene una solubilidad de 181 Propiedad
gramos, y el málico, de 62 gramos7, puede apro-vecharse como fortaleza en ciertos productos, Nombre IUPAC
debido a que al ser menos soluble, la retención Fórmula molecular
de la sensación ácida en la boca es más durade- Fórmula empírica
ra, tal como se aprecia en la gráfica 1.
Fórmula estructural
Masa molar
Peso equivalente
Gravedad específica
Punto de fusión
Solubilidad (en 100 g
de agua a 20ºC)
Higroscópico
Gráfica 1. Comparación entre la acidez y
pH de una solución 0,1N
retención de acidez de cuatro acidulantes
para alimentos10
Se observa que, si bien, el ácido tartárico tiene el El ácido fumárico se encuentra naturalmente en pico de acidez más alto de los cuatro (la percep- el arroz, la caña de azúcar, las hojas de algunas ción ácida es más fuerte e intensa), el ácido plantas, hongos, manzanas, zanahorias y san- fumárico proporciona una retención de la acidez días2,7,8. Es utilizado en la industria alimenticia en más prolongada por la lentitud con la que se di- bebidas refrescantes, bebidas en polvo, bebidas suelve. Desde esta comparación puede estable- REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - VOL. 1 No. 2 cerse un factor de reemplazo de acidulantes, en piedades conservantes, antibióticas y nutriciona- cuanto a la capacidad de uno de ellos para pro- les. El ácido fumárico utilizado en alimentación ducir una acidez (sensación) similar a la del áci- de pollos de engorde, mejora la relación alimen- do cítrico, que es el ácido de referencia.
to: ganancia: (gramos de alimento ingeridos porgramos de peso corporal ganado), gracias a la Tabla 2. Equivalencia de acidez* entre
inhibición que hace de bacterias patógenas y, en cuatro acidulantes para alimentos11
general, de la carga microbiana del intestino. Enalgunos rumiantes, la presencia del ácido fumáricomejora el metabolismo al estimular el crecimiento de algunas bacterias del rumen que siguen la vía Cítrico
metabólica succinato-propionato14 (debe recordar- Fumárico
se que el ácido fumárico es uno de los metabolitos Tartárico
* Gramos del ácido requeridos para proporcionar una aci- Finalmente, una de las aplicaciones en alimentos dez equivalente a la provocada por un gramo de ácido cítri- que tiene gran desarrollo actualmente es en la fabricación de tortillas de maíz y de harina de tri-go (especialmente en el mercado mexicano). Seemplea la encapsulación del ácido fumárico para De acuerdo con la Tabla 2, en una bebida cuyo prevenir su rápida liberación, mejorando la estruc- pH sea 3,0 se requieren 0,68 gramos de ácido tura de la tortilla y contribuyendo a la regulación fumárico por cada 500 gramos de producto, fren- del pH. No absorbe humedad y opera como agen- te a 1,00 gramo de ácido cítrico, 0,71 gramos de málico y 0,88 gramos de tartárico. En estas con-diciones, el ácido fumárico tiene el mayor poderde acidez de los cuatro y por esto su dosificación Endulzar sin calorías
es menor. Un dato concreto de los efectos deesta sustitución en la industria alimenticia es el Antes de abordar el tema de la sinergia entre los reportado en el Encuentro Anual de la Sociedad edulcorantes y los acidulantes, es importante ha- Americana de Enólogos en 1978 en San Diego, cer una revisión al tema de lo dulce y sus conside- California: se hicieron varios ensayos empleando raciones actuales en la industria de los alimentos.
ácido dl-málico, fumárico y cítrico como acidulan-tes de vinos para determinar la mejor proporción La capacidad de disfrutar de la dulzura de un ali- de reemplazo, encontrándose una óptima de 3:5 mento es algo innato en los seres humanos, bien (fumárico:cítrico), no detectable por la mayoría de sea porque es natural (una fruta por ejemplo), o los evaluadores del panel sensorial12. De hecho, adicionada (un postre o una bebida). Desde tiem- el informe completo reporta ensayos previos con pos remotos se ha utilizado el azúcar (sacarosa), agua y ácido únicamente, que podrían ser útiles como edulcorante universal, que se obtiene de la al momento de evaluar la sinergia entre acidulan- tes y otros aditivos, como los edulcorantes.
Sin embargo, hay condiciones asociadas al con- Además de las aplicaciones mencionadas y suge- sumo de sacarosa que tienen incidencia en el ridas, el ácido fumárico es óptimo en la formula- actual comportamiento de los consumidores y en ción de bebidas funcionales, gracias a su mayor capacidad de amortiguación de pH, la menor do-sificación requerida (menor costo) y el carácterno-higroscópico que permite su empleo en premezclas. Por ejemplo, puede emplearse en suplementos libres de azúcar y enriquecidos con calcio, pues, además de regular el pH, mejora lasolubilidad de este mineral13.
Las tres situaciones se refieren, respectivamen-te, al aporte calórico del azúcar y su almacena- En el campo de la nutrición animal, los acidulantes miento como grasas, el metabolismo bacteriano adquieren otro tipo de importancia por sus pro- que sucede en la boca y la transforma en ácidos 48 REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - VOL. 1 No. 2 orgánicos que atacan el esmalte dental, y la im- res de la ciencia de los alimentos. Por sus carac- posibilidad metabólica para degradarla en sus terísticas, parecen ser los sustitutos perfectos de Afortunadamente, la sacarosa no es el único com- puesto que proporciona una percepción dulce al gusto cuando hace parte de un alimento. Todo compuesto que produce esa sensación recibe elnombre de edulcorante, y de acuerdo con sus Una característica fundamental a la hora de con- características, pertenece a una clasificación de- siderar el uso de un edulcorante no calórico es su poder endulzante, que se mide con referencia ala sacarosa (como el ácido cítrico con los Tabla 3. Clasificación de los edulcorantes2
acidulantes) y expresa la cantidad de ella quehabría que agregar para producir una sensación Edulcorante
Según la Tabla 4, tomando como ejemplo al Aspartame, un gramo equivale a 200 gramos de sacarosa. Como puede verse, la relación es bas- tante grande y esto se aprovecha al momento de formular productos para disminuir las cantidades y facilitar el manejo de las materias primas. Tam- bién el costo se ve relacionado, pues aunque es- Naturales
tos edulcorantes son costosos, las cantidades empleadas son tan pequeñas que apenas supe-ran en precio al edulcorante que se está sustitu- Tabla 4. Edulcorantes y su potencia relativa
(sacarosa = 1) 16
Edulcorante
Potencia
Sintéticos Dihidrochalconas
Por lo general, un carbohidrato aporta calorías ensu metabolismo y, por lo tanto, se denomina comocalórico, el sorbitol y el xilitol son de bajo aporte El problema que se presenta en el campo de los calórico, y los demás, especialmente los sintéti- edulcorantes no calóricos es la presencia de per- cepciones gustativas secundarias, conocidascomo regusto y que puede ser metálico, amargo, Este último grupo de edulcorantes es el que con- mentolado o alicorado. Los desarrollos actuales centra gran parte del interés de los investigado- se orientan a minimizarlo, empleando mezclas con REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - VOL. 1 No. 2 otros edulcorantes o con aditivos que ayuden a micas son similares pero la diferencia mejora no- tablemente sus propiedades, pues no presentaproblemas metabólicos, ya que la fenilalanina no Al nivel del metabolismo, se considera como deli- es liberada en el metabolismo y su poder edulco- cado el caso del aspartame, que es el éster metí- rante es de 8000 unidades de sacarosa. Fue lico del dipéptido L-aspartil-L-fenilalanina. Por su aprobado en 2002 por la FDA y tiene numerosas carácter peptídico, se hidroliza liberando sus dos aplicaciones, debido a sus propiedades adiciona- aminoácidos constituyentes, lo cual representa un les como potenciador del sabor. Por ejemplo, en riesgo para pacientes que sufren fenilcetonuria, refrescos en polvo, puede hacerse una disminu- una enfermedad en la cual no se metaboliza el ción de ácido cítrico del 20% sin que se afecte la aminoácido fenilalanina, con consecuencias como daños neuronales, retraso mental y convulsiones,entre otros. Esto hace que sea obligatorio decla- Tabla 5. Estructura química de algunos
rar la presencia del aspartame (y la fenilalanina) edulcorantes
Edulcorante
Estructura
Tres edulcorantes que están posicionados en lacúspide de su grupo son la sucralosa, los este-viósidos y el neotame. La causa es su aporte ca- lórico nulo, regusto bajo o ausente y poca o nin-guna participación en el metabolismo.
La sucralosa es un compuesto derivado de la sa-carosa por sustitución selectiva (proceso patenta-do) de tres grupos hidroxilo por átomos de clo-ro17. La presencia de estos átomos incrementa lapotencia edulcorante e impide que se metabolice, por lo cual no aporta calorías. Fue aprobada porla FDA en 1999 recomendando una dosis diariaaceptable de 5mg/kg de peso corporal18. No tie-ne regusto metálico y equivale a 600 unidadesde sacarosa.
La stevia es una planta originaria de Paraguaycon una potencia edulcorante de 300 unidadesde sacarosa. De sus hojas se extrae el principio endulzante que, por su carácter natural, pareceser el edulcorante perfecto, tanto que en 1995 sevendieron 2000 toneladas en Japón. Los estevió-sidos no son metabolizados por el organismo y,aunque en su origen conservaban cierto regusto“verde” característico de las hojas, actualmentese han purificado, eliminándolo casi por comple-to. Aún no ha sido aprobado por la FDA para su uso en alimentos, aunque sí su distribución entiendas naturistas. En países como Canadá, Ja-pón, China, Rusia, Corea, Israel y en la mayoríade los de América del Sur, es común su produc-ción y comercialización como ingrediente puro oen productos terminados19.
Ácido y dulce
El neotame es un sucesor del aspartame, tal como Los edulcorantes no calóricos poseen un perfil puede verse en la Tabla 5. Sus estructuras quí- sensorial que impacta fuertemente en el sentido 50 REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - VOL. 1 No. 2 del gusto del consumidor. Se ha encontrado que Luego de estas presentaciones específicas so- tales impactos pueden ser minimizados por un bre las aplicaciones de acidulantes y edulcorantes, descenso en el pH y la presencia de otras per- es el momento de considerar las ventajas de la cepciones de sabor más duraderas 22.
técnica de la microencapsulación, como clave pa-ra lograr la sinergia deseada entre los dos aditi- Al considerar algunas características de los edulcorantes antes mencionados y, sobre todo,del proceso de microencapsulación, se pueden Se trata de un proceso en el cual sustancias sensi- encontrar caminos que permitan ofrecer a fabri- bles a condiciones del entorno como vitaminas, cantes y consumidores en calorías una nueva al- sabores, aromas, colores o aceites se rodean de ternativa de bajo costo y mejor impacto sensorial.
un material especial formando microesferas, enlas cuales se retiene el producto delicado para La sucralosa es estable a bajas temperaturas, no evitar su pérdida, o para liberarlo lentamente cuan- sufre alteraciones cuando se trabaja en medio áci- do sea requerido. Existen varios métodos como do, es altamente soluble en agua y no interactúa el secado por aspersión, la aspersión por enfria- con otros ingredientes de manera desfavorable23.
miento, la extrusión, la cobertura por lecho fluidiza-do, el atropamiento en liposomas, la inclusión de Los ácidos málico y láctico han brindado una complejos, la coacervación y la polimerización in- percepción de dulzura y acidez más prolongada terfacial. Los más recomendados para el caso sin presencia de regustos metálicos o picos de de ácidos son la aspersión por enfriamiento y la acidez desagradables, cuando se emplean en cobertura por lecho fluidizado. En ambos es posi- productos que contienen aspartame, sucralosa y ble emplear materiales de cobertura de carácter lipídico (fácilmente fundente) o derivados decarbohidratos complejos como almidones, gomas El ácido málico cumple funciones relevantes en o maltodextrinas (fácilmente solubles) 25.
Por ejemplo, volviendo al caso de las gomas de mascar, el aspartame es encapsulado con lípidos.
• Incremento de la sensación de sed y la saliva- Así se asegura una liberación lenta mientras se mastica. Gracias a la fusión de la pared por la • Modifica la dulzura del azúcar y otros edulcorantes temperatura de la boca26, la percepción dulce es • Actúa como quelante (captura iones metálicos)• Incrementa la efectividad de conservantes Las aplicaciones de la microencapsulación no • Actúa en sinergia con los antioxidantes11 comprenden únicamente el campo de los alimen-tos. En la industria farmacéutica se utiliza con éxito Además, las mezclas de ácido málico y cítrico en en la producción de medicamentos, en los cua- bebidas bajas en calorías, garantizan una mejor les es necesario “proteger” el principio activo du- palatabilidad de las percepciones ácidas y dulces rante el trayecto de la boca al estómago para que al crear un balance óptimo entre ambas. La ra- se libere lentamente y cumpla su función. En un zón fundamental es el enmascaramiento de los caso particular, se empleó el ácido fumárico como regustos de edulcorantes como la sacarina, cicla- parte de la pared de la cápsula, para que al disol- matos y acesulfame-K, debido a la duración de verse lentamente creara un microentorno ácido alrededor del fármaco, ya que éste operaba demanera más óptima en esas condiciones27. Una El ácido fumárico mejora notablemente la palata- vez más, se logra convertir la baja solubilidad del bilidad en bebidas sabor uva, tamarindo, cereza y jamaica, gracias a su condición de astringenciaadicional que potencia el sabor del producto. Tam-bién se emplea ampliamente en la elaboración Conclusiones
de gomas de mascar, gracias a su baja solubilidadque prolonga la sensación ácida liberándola len- En la búsqueda del equilibrio dulce/ácido óptimo y productos bajos en calorías, deben considerar- REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - VOL. 1 No. 2 se y aprovecharse las propiedades fisicoquímicas 8. SORTWELL, D. WOO A. Improving the flavor y sensoriales de ambos grupos de aditivos, para of fruit products with acidulants. México: NutriQuim & Bartek Ingredients;(Expotecnoalimentaria’96; Marzo 28) El ácido fumárico, gracias a su baja solubilidad yalta retención de la percepción ácida, puede em- 9. BARTEK INGREDIENTS INC. Benefits of malic plearse en mezclas con otros ácidos (cítrico, and fumaric acids by product category. [13- málico, tartárico), para mejorar las propiedades sensoriales de productos como las bebidas y los dulces. Bajo el mismo principio es viable emplearla técnica de microencapsulación con edulcorantes como la sucralosa, la stevia y el Production of a food acid mixture containing neotame. De esta forma ambos aditivos se libe- fumaric acid. US Patent Nº6,399,141 B1, Ju- ran gradualmente, alargando las percepciones Estas consideraciones permiten plantear la viabi- of using Bartek malic acid with high intensity lidad técnica de ensayos para determinar la me- sweeteners in beverages. [13-Ene-2005] URL jor proporción de mezcla, material encapsulante, técnica de encapsulación y aditivos, empleados para maximizar el campo de aplicación del ácidofumárico en alimentos.
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Source: http://www.lasallista.edu.co/fxcul/media/pdf/Revista/Vol1n2/46_53%20edulcorantes.pdf