Proceso de acervación múltiple simultánea.

Un método para producir una matriz polimérica estructurada, comprendiendo el método:

a-1) preparar el menos una disolución acuosa que contiene uno o más polímeros alimentarios, en el que unoo más polímeros alimentarios son capaces de experimentar al menos dos mecanismos de acervación, y en el quelas condiciones son tales que no se activen al menos dos mecanismos de acervación antes de una etapa deactivación;

a-2) tratar al menos una disolución acuosa que contiene uno o más polímeros alimentarios para activar almenos dos mecanismos de acervación de forma simultánea; y

a-3) permitir que al menos dos mecanismos de acervación activados trascurran hasta que se obtenga lamatriz polimérica estructurada,o

b-1) preparar dos o más disoluciones poliméricas acuosas, comprendiendo cada disolución uno o máspolímeros comestibles, en el que uno o más polímeros comestibles de cada disolución son capaces de experimentaral menos un mecanismo de acervación, y en el que las condiciones de cada disolución son tales que no se active almenos un mecanismo de acervación en cada disolución; y

b-2) combinar las dos o más disoluciones poliméricas acuosas para proporcionar condiciones en las cualesdos o más mecanismos de acervación ocurran de forma simultánea,o

c-1) preparar una disolución acuosa cargada positivamente que tiene un pH de aproximadamente 2 aaproximadamente 5 y una temperatura de al menos aproximadamente 71,1 ºC (160ºF), en el que la disolucióncomprende al menos un polímero alimentario capaz de experimentar al menos un mecanismo de acervación, en elque las condiciones en la disolución son tales que no se active al menos un mecanismo de acervación;

c-2) preparar una segunda disolución polimérica cargada negativamente que tiene un pH deaproximadamente 8 a aproximadamente 11 y una temperatura de al menos 71,1 ºC (160 ºF), en el que la disolucióncomprende al menos un polímero alimentario capaz de experimentar al menos un mecanismo de acervación, en elque las condiciones en la disolución son tales que no se active al menos un mecanismo de acervación; y

c-3) combinar la dos disoluciones poliméricas calientes para proporcionar las condiciones en las cuales dos omás mecanismos de acervación ocurran de manera simultánea,o

d-1) preparar una primera disolución acuosa que contiene polímero cargada positivamente que tiene un pHde aproximadamente 2 a aproximadamente 5, en el que la disolución comprende al menos un polímero alimentariocapaz de experimentar al menos un mecanismo de acervación, en el que el pH es menor que el pH isoeléctrico delpolímero y las condiciones de la disolución son tales que no se active al menos un mecanismo de acervación;

d-2) preparar una segunda disolución acuosa que contiene polímero cargada negativamente que tiene un pHde aproximadamente 8 a aproximadamente 11, en el que la disolución comprende al menos un polímero alimentariocapaz de experimentar al menos un mecanismo de acervación y las condiciones en la disolución son tales que no seactive al menos un mecanismo de acervación;

d-3) calentar la primera disolución polimérica hasta una temperatura mayor o igual que la temperatura a lacual el primer polímero formaría reticulaciones a un pH menor que aproximadamente 1 unidad de pH más bajo queel punto isoléctrico del primer polímero;

d-4) calentar la segunda disolución polimérica hasta una temperatura mayor o igual que la temperatura de laprimera disolución polimérica; y

d-5) combinar las dos disoluciones poliméricas calientes para proporcionar un pH final tras la mezcla demanera que los mecanismos de coacervación y reticulación térmica ocurran de forma simultánea, o

e-1) preparar una primera disolución acuosa polimérica cargada positivamente que tiene un pH deaproximadamente 2 a aproximadamente 4, en la que la disolución comprende al menos un polímero alimentariocapaz de experimentar al menos un mecanismo de acervación y las condiciones en la disolución son tales que no seactive al menos un mecanismo de acervación.

Proceso de acervación múltiple simultánea Campo de la invención La invención se refiere a procesos de preparación de matrices poliméricas estructuradas que usan dos o mas mecanismos de acervación de forma simultánea.

Antecedentes de la invención La acervación es un mecanismo o reacción que "aglomera" polímero (s) soluble (s) para formar matrices insolubles, estructuras o asociaciones que tienen un tamaño significativamente mayor que las moléculas poliméricas individuales en disolución. Los mecanismos de acervación incluyen, entre otros, polimerización, reticulación, formación de complejos, precipitación (tal como isoeléctrica, iónica, con disolvente, y similares) , coagulación, desnaturalización (tal como por medio de pH, calor, enzimas, química y similares) y coacervación. No obstante, por medio del uso de métodos de acervación convencionales, las características de las matrices poliméricas sólidas se encuentran limitadas de este modo al (a los) polímero (s) particular (es) y/o al (a los) mecanismo (s) de acervación particular (es) usado (s) .

Por ejemplo, el tratamiento enzimático de caseína, una proteína de la leche, con la renina de proteasa produce un agregado de estructura muy blanda, mientras que el tratamiento de caseína con sal de calcio forma un precipitado de caseinato de calcio denso. El ajuste de pH de la caseína a un valor de pH próximo a su punto isoeléctrico tiene como resultado un precipitado insoluble de tipo arenoso conocido comercialmente como caseína ácida. De este modo, el mecanismo particular de acervación usado para tratar caseína en cada caso tiene como resultado acervados (es decir, agregados o precipitados) que tienen características estructurales y texturas diferentes.

La formación de una matriz polimérica semi-sólida (tal como requesón procedente de leche) se ha logrado comúnmente usando un mecanismo de acervación individual. Generalmente, se prepara requesón a partir de líquidos lácteos por medio de procesos que incluyen el tratamiento del líquido con un agente de coagulación. El agente de coagulación puede ser una enzima de formación de requesón (por ejemplo, cuajo) o un ácido comestible, incluyendo un cultivo bacteriano apropiado para generar un ácido comestible in situ. El coágulo resultante o requesón generalmente incorpora caseína que se ha modificado por medio del proceso de formación de requesón. Generalmente, el mecanismo de acervación implicado es bien hidrólisis de enzimas de caseína-k o precipitación isoeléctrica. Aunque es una práctica común rebajar el pH de la leche antes de la adición de la enzima para reducir la cantidad de enzima necesaria, la hidrólisis enzimática es el único mecanismo de acervación implicado, ya que el pH del requesón final es significativamente más elevado que el punto isoeléctrico de la caseína. Además, la hidrólisis enzimática y el ajuste de pH no se llevan a cabo de forma simultánea.

En la técnica se usan otros mecanismos de acervación individuales de forma común. Específicamente, la coacervación de dos polímeros se usa comúnmente en aplicaciones de encapsulado. Generalmente, los métodos que implican segundos mecanismos se usan para modificar o tratar de modificar la estructura/acervado que se forma por medio del primer mecanismo. En dichos casos, los mecanismos se llevan a cabo de forma secuencial: Littoz y col., Food Hydrocolloids, 22 (7) : 1203-1211 (2008) (ajuste de pH seguido de reticulación enzimática) ; Yin y col., J. Macromolecules, 36 (23) : 8773-8779 (2003) (coacervación seguida de reticulación) ; Lin y col., J. Pharmaceutical Research, 11 (11) : 1588-1592 (1994) y Lin y col., J. Biomaterials, 18 (7) : 559-65 (1997) (que produce nanoesferas usando coacervación seguida de reticulación con glutaraldehído) ; y Bachtsi y col., J. Applied Polymer Science, 60 (1) : 9-20 (1996) (adición de sulfato de sodio seguida de reticulación química usando glutaraldehído) . El uso de mecanismos de acervación individuales o mecanismos de acervación llevados a cabo de forma secuencial tiene como resultado matrices poliméricas que tienen características limitadas al (a los) polímero (s) particular (es) , el mecanismo de acervación usado, y/o el orden de los mecanismos de acervación particulares puestos en práctica.

Se han estudiado los efectos de varias condiciones físicas (por ejemplo, temperatura, cizalladura, pH y similares) sobre los mecanismos de acervación específicos, tales como coacervación, separación de fases y reticulación. Por ejemplo, se han estudiado los factores que afectan a la reticulación o la formación térmica de gel de proteína de suero lácteo por medio de calentamiento de disoluciones de proteína de suero lácteo a diferentes temperaturas, pH y concentraciones de sal. Dunkeley & Hayes, J. Dariy Science & Technology, 15:191 (1980) y Xiong, J. Agric. Food Chemistr y , 40: 380-384 (1982) . No obstante, las condiciones físicas usadas en estos estudios (por ejemplo, pH, sal y temperatura) afectaron a los parámetros cinéticos de la reacción de reticulación pero resultaron insuficientes para activar un segundo mecanismo de acervación simultáneo. Por ejemplo, las variaciones de pH no fueron suficientemente elevadas para provocar la polimerización sustancial. Además, se aplicaron secuencialmente ajustes de pH o se completaron antes del tratamiento de temperatura.

En la preparación de queso de Ricotta, por ejemplo, normalmente se acidifica una mezcla de leche y suero lácteo de queso bien por medio de fermentación láctica o por medio de adición directa de un ácido alimentario (por ejemplo, vinagre) hasta un pH de aproximadamente 6, 1 antes de una etapa de coagulación térmica. El mecanismo de acervación principal usado en el proceso de Ricotta es la reticulación térmica de albúmina procedente de proteína de

leche y queso. La acidez es principalmente para fines de sabor y, a diferencia de la caseína, la albúmina del suero lácteo no coagula ni siquiera en su pH isoeléctrico. Normalmente, el requesón de Ricotta resultante es de tamaño de grano pequeño y de naturaleza no cohesiva.

La patente de Estados Unidos Nº. 5.952.007 de Bakker y col. va destinada a la formación de coacervados que comprenden al menos dos polímeros que son útiles como ingrediente sustitutivo de grasa. Bakker y col. describen la coacervación compleja de al menos dos polímeros por medio de calentamiento de una disolución de los polímeros seguido de ajuste de pH de la mezcla hasta un valor próximo a su punto isoeléctrico. Posteriormente, se enfría la mezcla y se aísla el coacervado. Potencialmente, habría más de un mecanismo de acervación implicado pero tendrían lugar de forma secuencial, en todo caso.

Sería un avance significativo en la técnica el hecho de producir matrices poliméricas estructuradas nuevas o mejoradas que no se puedan obtener usando mecanismos de acervación individuales o dos o más mecanismos de acervación llevados a cabo en serie debido a las propiedades fisicoquímicas del (de los) polímero (s) y los mecanismos de acervación usados, así como también las interacciones polímero-polímero implicadas.

Sumario de la invención El proceso descrito en la presente memoria proporciona métodos eficaces y rentables para preparar una matriz polimérica estructurada. El proceso descrito en la presente memoria evita los inconvenientes y los tratamientos secuenciales inconvenientes de los métodos convencionales de acervación. Además, los procesos descritos en la presente memoria proporcionan procesos flexibles para formar matrices poliméricas estructuralmente complejas a partir de una variedad de polímeros o combinaciones de polímeros, preferentemente, aunque sin limitarse a, polímeros alimentarios. Más preferentemente, al menos uno de los polímeros es una proteína alimentaria. De manera inesperada, la aplicación simultánea de dos o más mecanismos de activación proporciona matrices poliméricas estructuradas que tienen una textura mejorada y/o eficacia de proceso que no se pueden obtener cuando se llevan a cabo mecanismos de acervación de forma individual o secuencial. Ventajosamente, los procesos descritos en la presente memoria proporcionan gran flexibilidad en el diseño y la producción de matrices poliméricas semi-sólidas que no se podían obtener en el pasado debido a propiedades fisicoquímicas únicas de los polímeros específicos implicados, los mecanismos de acervación específicos usados, las interacciones específicas polímeropolímero implicadas y otras limitaciones del proceso. Los procesos descritos en la presente memoria implican dos o más mecanismos de acervación que funcionan de forma simultánea para formar matrices poliméricas sólidas mixtas/enredadas que se pueden preparar... [Seguir leyendo]

1. Un método para producir una matriz polimérica estructurada, comprendiendo el método:

a-1) preparar el menos una disolución acuosa que contiene uno o más polímeros alimentarios, en el que uno o más polímeros alimentarios son capaces de experimentar al menos dos mecanismos de acervación, y en el que las condiciones son tales que no se activen al menos dos mecanismos de acervación antes de una etapa de activación;

a-2) tratar al menos una disolución acuosa que contiene uno o más polímeros alimentarios para activar al menos dos mecanismos de acervación de forma simultánea; y

a-3) permitir que al menos dos mecanismos de acervación activados trascurran hasta que se obtenga la matriz polimérica estructurada,

o b-1) preparar dos o más disoluciones poliméricas acuosas, comprendiendo cada disolución uno o más polímeros comestibles, en el que uno o más polímeros comestibles de cada disolución son capaces de experimentar al menos un mecanismo de acervación, y en el que las condiciones de cada disolución son tales que no se active al menos un mecanismo de acervación en cada disolución; y

b-2) combinar las dos o más disoluciones poliméricas acuosas para proporcionar condiciones en las cuales dos o más mecanismos de acervación ocurran de forma simultánea,

o c-1) preparar una disolución acuosa cargada positivamente que tiene un pH de aproximadamente 2 a aproximadamente 5 y una temperatura de al menos aproximadamente 71, 1 ºC (160ºF) , en el que la disolución comprende al menos un polímero alimentario capaz de experimentar al menos un mecanismo de acervación, en el que las condiciones en la disolución son tales que no se active al menos un mecanismo de acervación;

c-2) preparar una segunda disolución polimérica cargada negativamente que tiene un pH de aproximadamente 8 a aproximadamente 11 y una temperatura de al menos 71, 1 ºC (160 ºF) , en el que la disolución comprende al menos un polímero alimentario capaz de experimentar al menos un mecanismo de acervación, en el que las condiciones en la disolución son tales que no se active al menos un mecanismo de acervación; y

c-3) combinar la dos disoluciones poliméricas calientes para proporcionar las condiciones en las cuales dos o más mecanismos de acervación ocurran de manera simultánea,

o d-1) preparar una primera disolución acuosa que contiene polímero cargada positivamente que tiene un pH de aproximadamente 2 a aproximadamente 5, en el que la disolución comprende al menos un polímero alimentario capaz de experimentar al menos un mecanismo de acervación, en el que el pH es menor que el pH isoeléctrico del polímero y las condiciones de la disolución son tales que no se active al menos un mecanismo de acervación;

d-2) preparar una segunda disolución acuosa que contiene polímero cargada negativamente que tiene un pH de aproximadamente 8 a aproximadamente 11, en el que la disolución comprende al menos un polímero alimentario capaz de experimentar al menos un mecanismo de acervación y las condiciones en la disolución son tales que no se active al menos un mecanismo de acervación;

d-3) calentar la primera disolución polimérica hasta una temperatura mayor o igual que la temperatura a la cual el primer polímero formaría reticulaciones a un pH menor que aproximadamente 1 unidad de pH más bajo que el punto isoléctrico del primer polímero;

d-4) calentar la segunda disolución polimérica hasta una temperatura mayor o igual que la temperatura de la primera disolución polimérica; y

d-5) combinar las dos disoluciones poliméricas calientes para proporcionar un pH final tras la mezcla de manera que los mecanismos de coacervación y reticulación térmica ocurran de forma simultánea, o e-1) preparar una primera disolución acuosa polimérica cargada positivamente que tiene un pH de aproximadamente 2 a aproximadamente 4, en la que la disolución comprende al menos un polímero alimentario capaz de experimentar al menos un mecanismo de acervación y las condiciones en la disolución son tales que no se active al menos un mecanismo de acervación,

e-2) preparar una segunda disolución acuosa polimérica cargada negativamente que tiene un pH de aproximadamente 8 a aproximadamente 10, en la que la disolución comprende al menos un polímero alimentario

capaz de experimentar al menos un mecanismo de acervación y las condiciones en la disolución son tales que no se active al menos un mecanismo de acervación;

e-3) añadir cationes minerales multivalentes a una de las disoluciones poliméricas primera y segunda;

e-4) calentar las disoluciones poliméricas primera y segunda a una temperatura de al menos aproximadamente 71, 1 º C (160 ºF) ; y

e-5) combinar las dos disoluciones poliméricas calientes para proporcionar un pH final tal que la precipitación isoeléctrica ocurra de forma simultánea con la precipitación iónica.

2. El método de la reivindicación 1, en el que al menos una disolución acuosa preparada en la etapa a-1) comprende al menos un polímero alimentario seleccionado entre el grupo que consiste en proteínas, polisacáridos y sus mezclas.

3. El método de la reivindicación 1, en el que al menos una disolución acuosa preparada en la etapa a-1) comprende una proteína alimentaria y un polisacárido aniónico.

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que al menos dos mecanismos de acervación están seleccionados entre el grupo que consiste en polimerización, reticulación térmica, coacervación, formación química de complejos, precipitación isoeléctrica, precipitación iónica, precipitación con disolvente, formación de gel y desnaturalización.

5. El método de la reivindicación 1, en el que cada una de las dos o más disoluciones poliméricas preparadas en la etapa b-1) comprende al menos un polímero alimentario seleccionado entre el grupo que consiste en proteínas, polisacáridos y sus mezclas.

6. El método de las reivindicaciones 1 ó 5, en el que al menos una de las disoluciones poliméricas preparadas en la etapa b-1) se prepara usando un ingrediente alimentario entre el grupo que consiste en leche, suero de queso, huevo y suspensión de carne.

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1, 5 ó 6, en el que al menos una de las disoluciones poliméricas preparada en la etapa b-1) comprende una proteína alimentaria y al menos una de las disoluciones poliméricas comprende un polisacárido aniónico.

8. El método de la reivindicación 1, en el cada una de la disoluciones poliméricas primera y segunda preparadas en las etapas c-1) y c-2) comprende al menos un polímero alimentario seleccionado entre el grupo que consiste en proteínas y polisacáridos.

9. Un complejo polimérico estructurado formado por medio de un proceso que comprende:

f-1) preparar al menos una disolución acuosa que contiene uno o más polímeros alimentarios, en la que uno o más polímeros alimentarios son capaces de experimentar al menos dos mecanismos de acervación, y en el que las condiciones son tales que no se activen al menos dos mecanismos de acervación;

f-2) tratar al menos una disolución acuosa para activar al menos dos mecanismos de acervación de forma simultánea; y

f-3) permitir que al menos dos mecanismos de acervación activados trascurran hasta que se obtenga la matriz polimérica estructurada, teniendo la matriz polimérica estructurada una estructura diferente de la que se forma por medio de los mismos mecanismos de acervación llevados a cabo de forma individual o secuencial, o g-1) preparar dos o más disoluciones poliméricas acuosas, comprendiendo cada disolución uno o más polímeros comestibles, en el que uno o más polímeros comestibles de cada disolución son capaces de experimentar al menos un mecanismo de acervación; y en el que las condiciones de cada disolución son tales que no se active al menos un mecanismo de acervación en cada disolución; y

g-2) combinar dos o más disoluciones poliméricas acuosas para proporcionar las condiciones en las que dos o más mecanismos de acervación ocurran de forma simultánea, teniendo la matriz polimérica estructurada una estructura diferente de la que se forma por medio de los mismos mecanismos de acervación llevados a cabo de forma individual o secuencial.

10. Un producto alimentario que comprende el complejo polimérico estructurado de la reivindicación 9.