El helado sin grasa, por todos sus méritos saludables, se derrite de la manera incorrecta. Dos segundos en la lengua y es un granizado de leche, saborizante y agua en lugar del rico pegote de crema de fusión lenta que nos encantaron cuando éramos niños. Cuandose trata de saborear recuerdos, las grasas son para siempre.
Ahora la ciencia de rayos X está contribuyendo a la larga búsqueda de comprender qué hace que el chocolate y el queso sepan tan bien y cómo el sabor y la "sensación en la boca" de las grasas deliciosas podrían imitarse en alternativas más saludables.
Para estudiar la estructura molecular de las grasas comestibles, los investigadores de la Universidad de Guelph en Ontario, Canadá, están utilizando rayos X en la Fuente de Fotones Avanzados APS, una Instalación de Usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de los Estados Unidos DOE enLaboratorio Nacional de Argonne del DOE en Illinois.
Las moléculas básicas que forman las grasas comestibles son los triglicéridos TAG, o tres cadenas de hidrocarburos conocidas como ácidos grasos y una molécula de glicerol de sabor dulce. La buena noticia es que los TAG son esenciales para el cuerpo, pero la mala noticia es que el excesoLa acumulación de TAG puede causar problemas de salud, como la diabetes tipo II y la obesidad, razón por la cual los científicos están interesados en aprender de qué se trata su estructura que los hace irresistibles.
"Las grasas son sistemas complejos", dijo Fernanda Peyronel, investigadora asociada de la Universidad de Guelph. "Algunas grasas comestibles como los aceites vegetales pueden contener solo unos pocos TAG, mientras que la grasa de la leche contiene más de 200. Y cuando la grasa se fabrica para el consumo humano"., Los TAG de diferentes fuentes se funden, mezclan y enfrían. También se pueden agregar otros ingredientes antes de enfriar, creando muchas estructuras cristalinas diferentes ".
Más allá del sabor, comprender los cambios estructurales durante la producción de alimentos podría conducir a prácticas de fabricación y distribución más eficientes energéticamente o sustituciones de ingredientes más rentables.
"La producción de alimentos es muy parecida a la química", dijo Jan Ilavsky, científico de la División de Ciencia de Rayos X de Argonne. "Puedes seguir probando ingredientes y probando sustitutos, pero eso no es muy eficiente. Si sabes lo que hacesestá buscando y tiene las herramientas para modelar sus recetas o procesos prototipo, puede encontrar soluciones más rápido y más barato ".
Las estructuras secretas de las grasas
En los últimos tres años, Peyronel y el equipo de la Universidad de Guelph han traído muestras cada vez más complejas de grasa comestible al APS para su investigación. Las grasas que comemos son semisólidas, lo que significa que algunas moléculas de TAG son sólidas y algunas líquidas a temperatura ambienteCuando las grasas se derriten y luego se enfrían, las grasas sólidas cristalizan primero, atrapando las grasas líquidas en una red de piscinas dentro de una estructura más grande conocida como la red de cristales. La relación de sólidos a líquidos es una característica importante que influye en las propiedades de una grasa., a temperatura ambiente, la manteca de cacao es aproximadamente 60 por ciento sólida y a menudo se usa para hacer chocolate, mientras que el aceite de oliva es solo 14 por ciento sólido y a menudo se usa para cocinar.
Las grasas saturadas relacionadas con enfermedades del corazón y otras enfermedades suelen ser grasas sólidas, y las grasas líquidas tienden a ser grasas más saludables e insaturadas. Cuando los fabricantes de alimentos reemplazan las grasas saturadas con alternativas insaturadas para mejorar la nutrición, el producto puede perder su sabor y estructura deliciososy almacenar de manera diferente.
"A veces, con cero productos de grasas trans, los clientes abren el paquete y es aceitoso porque esa estructura de grasa sólida no se sostiene tan bien como las grasas trans", dijo Peyronel.
En 2013, el equipo investigó inicialmente la estructura de la grasa en el APS comenzando con un sistema binario simple de tristearina, un sólido saturado que se encuentra en algunas grasas animales y vegetales y una grasa líquida insaturada, trioleína. Al año siguiente, trajeronaceites comestibles como el aceite de canola totalmente hidrogenado y los aceites de soya, semilla de algodón y girasol. Este año trajeron grasa de leche anhidra, un producto derivado de crema o mantequilla que tiene más del 99 por ciento de grasa, así como "alrededor de 25 kilogramos demantequilla, queso y crema ", dijo Ilavsky. La grasa de la leche, que está presente en los lácteos y un aditivo común a otros productos, tiene un amplio rango de fusión, lo que lo convierte en un sistema complejo de estudio.
El equipo también investiga muestras de grasa en su laboratorio local con difracción de rayos X y microscopía electrónica de transmisión criogénica TEM, que requiere tratar la muestra para eliminar el aceite.
"Con cryo-TEM tenemos que manipular la muestra para aislar las redes de cristal, por lo que siempre tuvimos la pregunta en mente: ¿Destruimos algo en la muestra?", Dijo Peyronel. "La ventaja del APS es que no nos ponemosno tiene que extraer el aceite o manipular la muestra "
un plano de rayos X
los datos de dispersión de rayos X tomados con la cámara de dispersión de ángulo ultra pequeña USAXS en la línea de luz APS 9ID-D permiten a los usuarios examinar de cerca sus muestras en 3-D a diferentes temperaturas sin alterar esas muestras.Las cámaras proporcionan un alto contraste entre los componentes sólidos y líquidos, y el instrumento USAXS puede determinar el tamaño o la estructura de los componentes de una muestra en escalas de longitud múltiple desde angstroms 10-10 metros hasta aproximadamente 20 micrómetros 10-6 m.
"Si quieres mirar un líquido bajo un microscopio, incluso un gran microscopio, no hay mucho contraste óptico", dijo Ilavsky, quien es el científico de la línea de luz del programa USAXS en la línea de luz 9ID-D ". PequeñoLa dispersión en ángulo y ángulo ultrapequeño caracteriza la estructura de manera similar pero con mayor contraste ".
Estas técnicas son muy adecuadas para sondear la estructura jerárquica de las grasas comestibles, desde las nanoplaquetas cristalinas CNP que se forman durante el enfriamiento a medida que las TAG se unen, hasta los grupos de CNP de micro rango, hasta las redes de cristales creadas por grupos.modelo estructural de grasas comestibles, puede pensar en los TAG como los ladrillos utilizados para construir una casa, los CNP como las habitaciones, los grupos como las casas en un bloque y la red de cristal de los bloques en un vecindario.
En el reciente estudio sobre la grasa de la leche, el equipo midió las CNP después de que la grasa de la leche se derritió a 70 ° C 158 ° F, se enfrió a casi 0 ° C 32 ° F y se almacenó en un refrigerador a 5 ° C40 ° F durante dos meses antes del estudio, replicando condiciones realistas de procesamiento y almacenamiento desde el procesamiento de las materias primas hasta el consumo. Se observó que las CNP de grasa de la leche eran plaquetas lisas compuestas de TAG que se derriten a temperaturas más altas y son aproximadamente tresveces más largas 600-900 nm que anchas. Los resultados del reciente estudio sobre la grasa de la leche están disponibles en Food Chemistry.
El equipo está utilizando datos de APS para ayudar a desarrollar y validar un modelo computacional que predice la formación de estructuras grasas comestibles durante el enfriamiento, calentamiento, corte mezclado y otros procesos de producción.
"Al cambiar el modelo y la simulación para representar diferentes métodos de procesamiento y morfologías de CNP, como liso, áspero o difuso, aparecieron diferentes estructuras o formas de agregación de CNP", dijo Peyronel.
El equipo ha trabajado en estrecha colaboración con el APS para incorporar sistemas TAG más complejos en el análisis y desarrollo del modelo. Su siguiente paso es analizar los datos de las observaciones más recientes de USAXS de productos que contienen grasa láctea, como mantequilla y queso.También están explorando formas de recopilar datos con el instrumento USAXS en escalas de longitud espacial ligeramente más largas y replicar el impacto de la cizalla para comprender mejor cómo los ingredientes sin grasa añadidos y las prácticas de fabricación podrían afectar la morfología de los CNP y su agregación.
Ilavsky dijo que un modelo computacional podría ser una herramienta predictiva particularmente útil para las grasas comestibles porque es muy difícil caracterizar su estructura a nanoescala sin el uso de recursos únicos como el APS.
"Los modelos ayudarán a calcular las tasas de enfriamiento y calentamiento, composición, propiedades mecánicas y otros parámetros para predecir una estructura deseada, lo cual es cierto para muchos materiales que vemos en USAXS, no solo la grasa de la leche", dijo Ilavsky. "Lo quePor lo general, falta en los modelos de materiales a estas escalas parámetros de material precisos. Esta instalación está ayudando a los investigadores a probar sus ideas al obtener mediciones reales con materiales reales ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Argonne . Original escrito por Katie Elyce Jones. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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