"Todavía hay mucho que no sabemos sobre la estructura de los alimentos, pero este es un buen paso en el camino para comprender y encontrar soluciones a una serie de problemas relacionados con la consistencia de los alimentos, y que le cuestan a la industria alimentariamucho dinero ", dice el profesor asociado Jens Risbo, Departamento de Ciencia de los Alimentos de la Universidad de Copenhague, Dinamarca. Es uno de los autores de un artículo científico publicado recientemente en Estructura de alimentos , que trata con la nueva visión innovadora de la estructura 3D de los alimentos.
Los investigadores utilizaron una crema a base de grasa vegetal para la investigación. El sistema de crema es un buen material de prueba, ya que puede representar las estructuras de un gran grupo de sistemas alimentarios, por ejemplo, queso, yogurt, helado, productos para untar, perotambién el chocolate más sólido. Todos los productos mencionados contienen agua líquida o grasa, así como pequeñas partículas de materiales sólidos, que se unen y forman estructuras tridimensionales, es decir, una red que proporciona la consistencia que nos gusta del queso, el yogur ochocolate. En el queso y el yogur las partículas de caseína forman la red. En el chocolate son los cristales grasos y en el helado y la crema batida son los glóbulos grasos.
"Si comprende la estructura, puede cambiarla y obtener exactamente la textura que desea", dice Jens Risbo.
Los electrones con una velocidad cercana a la de la luz generan rayos X intensos
Para crear un modelo tridimensional de la comida y convertirlo en imágenes y video, los científicos han estado en Suiza, donde han utilizado el sincrotrón de Fuente de Luz Suiza SLS en el Instituto Paul Scherrer. En el sincrotrón, los electrones estánacelerado hasta casi la velocidad de la luz. El sincrotrón se usa para la investigación en ciencias de los materiales en áreas como la biología y la química. El método que usaron los investigadores se llama "tomografía computarizada de rayos X de la Fitografía". Este es un nuevo método para crear imágenes en elescala nanométrica, que también proporciona un alto contraste en los sistemas biológicos. El sincrotrón en Suiza es uno de los principales lugares del mundo en esta área, y fue la primera vez que se utilizó en la ciencia de los alimentos.
"Hemos estado utilizando el principio de tomografía, también conocido por un escáner CT de rayos X tomografía computarizada. La muestra del sistema alimentario se gira y se mueve de lado a lado con precisión nanométrica, mientras enviamos unenfocamos un haz de rayos X a través de él. Los rayos X se desvían al chocar con los electrones en la comida, y tomamos muchas imágenes de los patrones que forman los rayos X desviados. Los patrones se combinan en una computadora poderosa, quereconstruye una imagen 3D de la muestra. Los científicos suizos del equipo han creado un dispositivo que puede mover y rotar la muestra con una precisión ultra alta, lo que nos permite ver los pequeños detalles ", dice Mikkel Schou Nielsen, Asistente de Investigación, quien recientementecompletó su doctorado en métodos tomográficos aplicados a los alimentos en el Instituto Niels Bohr en Copenhague.
El número de electrones revela los diversos componentes de los alimentos
La imagen 3D reconstruida se puede describir como una tabla tridimensional de números que describe la densidad de electrones el número de electrones por volumen a través de toda la muestra. Los diversos componentes de los alimentos, como el agua y la grasa, tienen diferentes densidades y, por lo tanto,diferente densidad de electrones. El agua es más pesada que la grasa, que es conocida por el aceite que se deposita sobre el agua cuando intentas mezclarlos, y es este contraste en la densidad de electrones lo que hace que los rayos X se desvíen en diferentes grados y eventualmente se formenImágenes en 3D de la muestra. La figura de arriba muestra un corte en 2D de la estructura tridimensional. Las áreas con mayor densidad de electrones aparecen más claras en la figura. Por lo tanto, el agua aparece de color gris claro, mientras que la grasa aparece de color gris oscuro y el vidrio alrededor de la muestra conuna alta densidad se ve como un anillo blanco. Ahora se puede usar la densidad de electrones escala de grises para identificar los diversos componentes de los alimentos y estudiar su ubicación y estructura.
Un sistema alimentario complicado
La crema a base de vegetales en la que se utiliza el método consta de varios ingredientes. Además de agua y grasa vegetal, contiene proteínas de la leche, estabilizadores y emulsionantes. Al ajustar la adición de emulsionantes, es posible lograr un estado enque la crema continúa siendo fluida hasta que se convierte en espuma, por lo que todos los glóbulos de grasa se reorganizan y se unen en el exterior de las burbujas de aire en un sistema tridimensional.
"Es un equilibrio difícil, porque solo desea que los glóbulos de grasa se peguen cuando se bate la crema, no si simplemente se expone a vibraciones o altas temperaturas. Sin embargo, cuando los glóbulos de grasa comienzan a pegarse prematuramente -- por ejemplo, debido a demasiados choques durante el transporte - la crema tendrá una consistencia que recuerda al queso crema. Se convierte en un bulto relativamente duro que se puede cortar ", dice el investigador postdoctoral Merete Boegelund Munk, Departamento de Ciencias de los Alimentos, Universidad de Copenhague.
El proyecto de doctorado de Merete Boegelund Munk, "La estabilidad física de las emulsiones de aceite en agua batibles. Efectos de los emulsionantes a base de monoglicéridos y otros ingredientes" fue fundamental para la investigación. El proyecto de doctorado se realizó comouna colaboración entre el Departamento de Ciencia de los Alimentos de la Universidad de Copenhague y la compañía de ingredientes alimentarios Palsgaard A / S.
Sin embargo, este indeseable estado similar al queso crema del sistema de crema vegetal es extremadamente interesante para los investigadores.
"La organización de los glóbulos de grasa y la estructura de la red después de que la crema se haya convertido en un producto similar al queso crema es emocionante porque la masa ahora es divisible, a pesar de que el sistema consta de 65% de agua y solo 25%grasas y algunos otros ingredientes y azúcares. Eso significa que tenemos una estructura de red que captura mucha agua. Hay muchos alimentos con sistemas de red similares de algo sólido en algo líquido, donde el líquido es típicamente, pero no siempre, agua.se aplica a todos los productos semisólidos y sólidos como el chocolate, la mantequilla, el queso y los productos para untar. La red del sistema similar al queso crema es, por lo tanto, un modelo para algo general en nuestros alimentos ", dice el profesor asociado Jens Risbo, Departamento de Ciencia de los Alimentos, Universidad de Copenhague.
Es la estructura de las redes la que forma una textura que hace que quieras morder un trozo de chocolate y cortarte un trozo de queso. Pero la estructura y las redes son un misterio, porque hasta ahora solo podíasvea la superficie y ligeramente debajo de la superficie del material alimenticio en la escala de micras y las imágenes que puede ver solo han sido bidimensionales.
"Si finalmente llegamos a comprender la estructura del chocolate, podemos cambiarlo y obtener exactamente la consistencia que queremos. Se desperdicia mucho dinero porque la consistencia del chocolate es realmente difícil de controlar, por lo que el producto final no eslo suficientemente bueno y debe descartarse. Una posible comprensión futura de la red de cristales en el chocolate podría significar que podremos desarrollar componentes que eviten que el chocolate se vuelva gris y se desmorone y, por lo tanto, no sea vendible. Ciertamente es una posibilidad que los métodos tomográficos puedanser desarrollado para que podamos comprender los misterios del chocolate ", dice el profesor asociado, Jens Risbo, Departamento de Ciencia de los Alimentos, Universidad de Copenhague.
Cómo funciona la tomografía
"La tomografía computarizada de rayos X ptychographic se puede comparar con un escáner CT en un hospital. En lugar de obtener una imagen de los órganos de un paciente, estamos buscando comida. Pero, a diferencia de un escáner CT, podemos bajar al nanómetroescala ", dice Jens Risbo.
La muestra con el sistema similar al queso crema que los científicos tomaron por rayos X tenía un grosor de aproximadamente 20 micras.
"Tomaría demasiado tiempo y demasiados cálculos desarrollar una resolución nanométrica del sistema de crema para un paquete completo de queso crema de la nevera. La cantidad de información y cálculos simplemente sería demasiado grande. Aunque las radiografías puedencasi pasas por todo, pierdes la intensidad de los rayos, cuanto más tienen que atravesarlos ", dice Jens Risbo.
Sincrotrón suizo de fuente de luz
Básicamente, puede hacer radiografías de dos maneras diferentes. Si va al dentista y le hacen una radiografía, esto se hace usando un tubo de rayos X, que se puede comparar con un tubo de rayos catódicos que muestraimágenes en un viejo tipo de televisor, donde los electrones no se aceleran a velocidades muy altas. En el tubo de rayos X, los electrones chocan con un metal, como el cobre, que ahora emite rayos X. El tubo de rayos X no es asípoderoso, pero puede hacer fotos médicas y también hacer un trabajo de investigación con este tipo de rayos X. Pero si desea examinar muestras muy pequeñas, cosas que están cambiando rápidamente o hacer tomografías a escala nanométrica, utilizará instalacionescomo Swiss Light Source o el sincrotrón sueco MAX IV que se abre en Lund, Suecia, este año.
"Técnicamente, son los electrones los que se aceleran a casi la velocidad de la luz y circulan en un anillo controlado por electroimanes. Los haces de electrones se desvían y luego emiten rayos X intensos y enérgicos", dice el profesor asociado Jens Risbo,Departamento de Ciencia de los Alimentos, Universidad de Copenhague.
La Fuente de luz suiza, SLS, está financiada por el gobierno suizo y los científicos de todo el mundo pueden solicitar el uso de rayos X de sincrotón y equipos científicos relacionados bajo la guía de científicos locales.
fondo
El artículo "Tomografía computarizada de rayos X ptychographic de redes coloidales extendidas en emulsión alimentaria" se origina en el proyecto Nexim dirigido por el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, Dinamarca, y Postdoctoral en el Departamento de Ciencia de los Alimentos, Universidad de Copenhague,Proyecto de doctorado de Merete Bøgelund Munk, "La estabilidad física de las emulsiones de aceite en agua batibles. Efectos de los emulsionantes a base de monoglicéridos y otros ingredientes".
El 4 de febrero de 2016, el artículo científico se publicó en el Estructura de alimentos revista con los siguientes autores :
Mikkel Schou Nielsen, Merete Boegelund Munk, Ana Díaz, Emil Bend Lind Pedersen, Mirko Holler, Stefan Bruns, Jens Risbo, Kell Mortensen y Robert Feidenhans'l
Los autores son del Departamento de Ciencia de los Alimentos, el Instituto Niels Bohr, el Departamento de Química de los Alimentos, todos en la Universidad de Copenhague, Dinamarca, DTU Energy, Dinamarca y el Instituto Paul Scherrer en Suiza.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias - Universidad de Copenhague . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Cita esta página :