Estrategias para la obtención de geles de surimi con contenido reducido de sodio: alta presión hidrostática y adición de compuestos

El consumo de altas cantidades de sodio está directamente relacionado con el incremento de la hipertensión arterial y la aparición de enfermedades cardiovasculares. Por ello, se pretende estimular el consumo de alimentos más sanos. En este sentido surgen varias alternativas a nivel estatal, como la estrategia NAOS, que pretende fomentar hábitos de alimentación y estilo de vida más saludables. El consumo de productos derivados de surimi se ha incrementado considerablemente en los últimos años, gracias a su fácil preparación y a la percepción del producto como saludable que poseen de él los consumidores. El proceso de elaboración de estos productos gelificados requiere la adición de altas cantidades de sal (del 1 % al 3 %). Cabe recalcar que las características más importantes a valorar en los productos derivados de surimi son la textura, la capacidad de retención de agua y el color, para las cuales resulta crucial que se lleve a cabo un correcto proceso de gelificación. Dicho proceso resulta difícil si no se añade la cantidad adecuada de sal, y es por eso que la reducción del contenido de NaCl de estos productos supone un importante reto tecnológico. Existen diferentes estrategias para paliar la falta de NaCl en el proceso de gelificación del surimi, como puede ser su sustitución por sales de potasio o magnesio, pero su incorporación induce sabor amargo en el producto final. El objetivo de este trabajo fue la elaboración de geles de surimi con contenido reducido de sal, mediante el empleo de alta presión hidrostática y la adición de compuestos de distinta naturaleza que mejoren la gelificación, como lisina o cistina y transglutaminasa microbiana..

Estrategias para la obtención de geles de surimi con contenido reducido de sodio: alta presión hidrostática y adición de compuestos

Memoria que presenta Deysi Prisila Cando Guañuna para optar al grado de Doctor por la Universidad Complutense de Madrid y que ha sido realizada en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición (ICTAN-CSIC).[ES]: El consumo de altas cantidades de sodio está directamente relacionado con el incremento de la hipertensión arterial y la aparición de enfermedades cardiovasculares. Por ello, se pretende estimular el consumo de alimentos más sanos. En este sentido surgen varias alternativas a nivel estatal, como la estrategia NAOS, que pretende fomentar hábitos de alimentación y estilo de vida más saludables. El consumo de productos derivados de surimi se ha incrementado considerablemente en los últimos años, gracias a su fácil preparación y a la percepción del producto como saludable que poseen de él los consumidores. El proceso de elaboración de estos productos gelificados requiere la adición de altas cantidades de sal (del 1 % al 3 %). Cabe recalcar que las características más importantes a valorar en los productos derivados de surimi son la textura, la capacidad de retención de agua y el color, para las cuales resulta crucial que se lleve a cabo un correcto proceso de gelificación. Dicho proceso resulta difícil si no se añade la cantidad adecuada de sal, y es por eso que la reducción del contenido de NaCl de estos productos supone un importante reto tecnológico. Existen diferentes estrategias para paliar la falta de NaCl en el proceso de gelificación del surimi, como puede ser su sustitución por sales de potasio o magnesio, pero su incorporación induce sabor amargo en el producto final. El objetivo de este trabajo fue la elaboración de geles de surimi con contenido reducido de sal, mediante el empleo de alta presión hidrostática y la adición de compuestos de distinta naturaleza que mejoren la gelificación, como pirofosfato de tetrasodio, aminoácidos como lisina o cistina y transglutaminasa microbiana. La primera acción fue el estudio de las modificaciones producidas a nivel químico y estructural en las proteínas mediante el empleo de Infrarrojos de transformada de Fourier (FTIR), Calorimetría diferencial de barrido (DSC), la determinación de grupos sulfhidrilo y electroforesis (SDS-PAGE). Además se analizaron los cambios que estas modificaciones, a nivel estructural y químico, inducían en las propiedades tecnofuncionales, determinadas por pruebas reológicas y mecánicas, color, capacidad de retención de agua, análisis microbiológico y sensorial. Se delimitó el rango de presión más adecuado para potenciar la gelificación en un sistema modelo basado en miofibrillas de merluza homogeneizadas con un 3 % de NaCl se utilizó una presión que fue de 100 a 500 MPa. Se determinó que el rango de presión más idóneo estaba torno a 300 MPa, el cual también resultó serlo para geles de surimi con contenido reducido de sal (0,3 %).Posteriormente se estudió el efecto de la adición de pirofosfato de sodio, lisina y cistina a diferentes concentraciones (0,05; 0,1; y 0,2 %) para identificar el efecto sobre las propiedades físico-químicas en geles de surimi. Los resultados mostraron que la adición de lisina y cistina a una concentración de 0,1 % producía modificaciones positivas en las propiedades de los geles resultando en mejores propiedades tecnofuncionales. La acción del pirofosfato, por el contrario, no se consideró suficientemente efectiva, por lo que en los posteriores trabajos solo se utilizaron los aminoácidos. A continuación se analizó el efecto de la combinación de la adición de lisina y cistina y la aplicación de alta presión, de dónde se dedujo que la aplicación de alta presión en combinación con la adición de lisina y cistina (0,1 %) resultaba en geles de surimi con contenido reducido de sal con propiedades similares a las de un gel elaborado con un contenido normal (3 %). Por otra parte, también se examinó el efecto de la adición de transglutaminasa microbiana en combinación con los compuestos estudiados previamente y la aplicación de alta presión hidrostática, observando que la combinación de ambos efectos resultaba beneficiosa en la gelificación de geles elaborados con contenido reducido de sal. Finalmente, se estudió el efecto de conservación en refrigeración de la adición de lisina o cistina en combinación con la aplicación de alta presión. Se observó que las propiedades tecnofuncionales y microbiológicas eran estables durante el periodo de conservación en estado refrigerado (4 ⁰C/28 días). Sin embargo la adición de cistina dio lugar a sabor y olor extraños a los 14 días. En conclusión, tanto la aplicación de alta presión hidrostática, como la adición de los aminoácidos lisina y cistina, así como la combinación de ambos tratamientos pueden resultar métodos apropiados para la obtención de geles de surimi con contenido reducido de sodio y propiedades tecnofuncionales similares a las obtenidas en un gel con contenido de sal normal (3 %).[EN]: High sodium intake is directly related to increased blood pressure and cardiovascular diseases, and therefore programs such as the NAOS strategy seek to promote healthier eating habits and life style. Consumption of surimi products has increased considerably in recent years, since they are easy to prepare and are perceived by consumers as a healthy, low-processed product. The manufacture of surimi-based products requires the addition of large amounts of salt (NaCl) (1 % - 3 %) since the first step in the gelation process is solubilization of the surimi’s myofibrillar proteins, and the physicochemical properties of the resulting surimi gels are affected by this process. The most important characteristics in surimi-based products derive from their texture, water holding capacity and colour. To that end, gelation processes need to be developed with enough salt to induce protein solubilization and further aggregation. Therefore, reducing the NaCl content of these products is a significant technological challenge. There are a number of strategies to compensate for the lack of NaCl in surimi gel preparation, for instance replacement of NaCl by potassium or magnesium salts, although such products usually have rather bitter flavours. The aim of this work was to develop surimi gels with reduced salt content by applying high hydrostatic pressure and adding various different compounds to improve the gelation process, as tetrasodium pyrophosphate, amino acids such as lysine and cystine and microbial transglutaminase. The first step was to examine chemical and structural alterations induced in the myofibrillar proteins using Fourier transform infrared (FTIR), Differential scanning calorimetry (DSC), determination of sulfhydryl groups and Electrophoresis (SDS-PAGE). Then, the rheological and mechanical properties, colour, water holding capacity, microbiological and sensory properties of the gels were analysed to determine the changes that these chemical and structural alterations induced in the surimi gel properties. Around 300 MPa was selected as the most suitable pressure range to enhance surimi gelation in a model system based on hake myofibrils homogenized with 3 % NaCl; this was also the most suitable pressure treatment to enhance surimi gelation in gels with reduced salt content (0.3%). Next, the effects on surimi gel techno-functional properties were evaluated after the addition of sodium pyrophosphate, lysine and cystine at different concentrations (0.05, 0.1 and 0.2%). The results showedthat surimi gels with suitable techno-functional properties were achieved with the addition of 0.1 % lysine and cystine. Sodium pyrophosphate action was not effective enough, so, for this reason in the next studies only the aminoacids were used. It was concluded that reduced-NaCl surimi gels made by applying high hydrostatic pressure in combination with the addition of lysine and cystine (0.1%) exhibited similar physicochemical properties to gels made with normal NaCl content (3 %). Also, a study of the effects of microbial transglutaminase in combination with the target compounds and high hydrostatic pressure showed that this combination enhanced reduced-NaCl surimi gels. Finally, the effect of added lysine or cystine in combination with high hydrostatic pressure was studied in chilled storage. Physicochemical and microbiological properties were found to be stable throughout chilled storage (4 ⁰C / 28 days); however, the addition of cystine resulted in off-flavour and odour on day 14. In conclusion, the application of high hydrostatic pressure and the addition of amino acids such as lysine and cystine, or a combination of the two, may be suitable for producing reduced-sodium surimi gels with similar physicochemical properties to those of regular-salt gels (3 %).Tesis Doctoral realizada gracias a la financiación de: -Beca de Formación de Personal Investigador (FPI) del Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO), actualmente Ministerio de Economía, Industria y Competitividad durante el periodo de diciembre de 2012 a diciembre de 2016 (BES-2012-053420) asociada al proyecto del Plan Nacional de I+D+i AGL2011-24693. - Ayudas a la movilidad predoctoral para la realización de estancias breves en centros de I+D españoles y extranjeros 2013 (EEBB-I-14-08011). Estancia realizada en NOFIMA, Instituto Noruego de Investigación de Alimentación, Pesca y Acuicultura, en Stavanger (Noruega) de agosto de 2014 a diciembre de 2014. - Ayudas a la movilidad predoctoral para la realización de estancias breves en centros de I+D españoles y extranjeros 2013 (EEBB-I-15-09513). Estancia realizada en la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NC State University), en Raleigh, Carolina del Norte (Estados Unidos) de septiembre de 2015 a diciembre de 2015.Peer Reviewe

Influencia de la Alta Presión en la capacidad de Gelificación de la Proteína Miofibrilar de Pescado

Las proteínas miofibrilares del músculo de pescado poseen una alta capacidad de gelificación. Por este motivo, el músculo de pescado de algunas especies, y especialmente el surimi que es un concentrado de dichas proteínas, resulta ser una excelente materia prima para la obtención de geles y la elaboración de productos reestructurados. Sin embargo, existe un gran interés industrial en el aprovechamiento de músculo procedente de subproductos de la industria pesquera o de especies de bajo valor comercial, que no siempre tienen propiedades gelificantes apropiadas. Normalmente, en estos casos se incorporan almidón y otros auxiliares de la gelificación que aportan calorías al producto. Por ello se considera fundamental la búsqueda de métodos tecnológicos que mejoren el proceso de gelificación de proteínas miofibrilares de funcionalidad reducida, de tal forma que sirvan de materia prima en la elaboración de productos reestructurados de pescado, evitando el uso de procedimientos que aporten calorías al producto. La alta presión sería una de las tecnologías emergentes más prometedoras a fin de aumentar la posibilidad de gelificación, debido a que se ha demostrado que modifica la estructura de las proteínas y potencia su funcionalidad facilitando el proceso de gelificación. Además, una ventaja esencial de esta tecnología es que conserva casi intactas las propiedades organolépticas y el valor nutricional del producto tratado.Trabajo soportado por el Ministerio de Economía y competitividad bajo el Proyecto AGL 2011-24693 y la Beca FPI BES-2012-053420Peer Reviewe

Phenolic-rich extracts from Willowherb (Epilobium hirsutum L.) inhibit lipid oxidation but accelerate protein carbonylation and discoloration of beef patties

An extraction procedure of phenolics from Willowherb (Epilobium hirsutum L.) was optimized; extracts were characterized in terms of phenolic content, composition, and in vitro antioxidant activity. Additionally, the effect of 50, 200, and 800 ppm Willowherb extracts on the oxidative stability (formation of thiobarbituric acid-reactive substances, α-aminoadipic, and γ-glutamic semialdehydes) of beef patties was studied. Acetone (50 %) extract, rich in ellagic acid, myricetin, hydroxybenzoic, and hydroxycinnamic acids, had the highest phenolic content compared to methanol (25, 50, 75, and 100 %), acetone (100 %), or water extracts and displayed intense in vitro antioxidant properties. Lipid oxidation levels in processed beef patties with added Willowherb extract remained as similar to that of 100 ppm gallic acid. A dose-dependent effect of Willowherb extract was observed on protein carbonylation and myoglobin oxidation. The lack of correlation between lipid and myoglobin oxidation and the underlying mechanisms involved in the pro-oxidant action of phenolics on meat proteins are thoroughly discussed. © 2014 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.Peer Reviewe

Combined effect of aminoacids and microbial transglutaminase on gelation of low salt surimi content under high pressure processing

The paper examines the effect of High Pressure Processing (HPP) (300 MPa), the incorporation of microbial transglutaminase (MTGase) and the addition of different additives such as lysine and cystine, as potential enhancers of low-salt (0.3%) surimi gel. Effects on myosin as the molecule responsible for gelation was monitored by Fourier transform infrared spectroscopy, Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), and dynamic rheometry measurements. The effects on physicochemical properties of surimi gels were determined by Folding and Puncture tests and water holding capacity. Results indicated an increase in β-sheet when HPP was applied or additives added (cystine and lysine), especially when samples are treated with MTGase. Protein aggregation due to HPP and the additives resulted in lower myosin heavy chain (MHC) band density in the SDS-PAGE. Rheometry measurements indicated that MTGase activity was prompted by the incorporation of cystine and lysine in the absence of HPP. Also, HPP assisted gelation, resulting in improved mechanical properties of the gels. Samples containing additives, with or without HPP, exhibited the highest Folding test scores, indicating greater network flexibility. Lastly, water binding capacity was also enhanced by both additives and HPP. Industrial relevance The industrial relevance of the present work is focused on the appropriated gelation of myofibrillar proteins which is an essential step in the elaboration of surimi-based products. Sodium chloride has an important role in that fact inducing protein unfolding and solubilization. The reduction in NaCl content, following the NAOS strategy, required the application of different technologies to facilitate surimi adequate gelation. High-pressure processing has been commonly used as an innovative technology to prolong shelf life but it can be successfully used to induce proteins gelation. Due to that ability, the use of high pressure on surimi-based products result an interesting tool to facilitate surimi gelation. The use of Microbial transglutaminase (MTGase) alone or in combination with some aminoacids such as lysine and cystine can significantly improve surimi gelation added in a very small proportion.Spanish Ministry of Economy and Competitiveness and the Spanish National Research Council (CSIC) for supporting the project AGL2011-24693Peer Reviewe

Surimi: Estrategias para gelificar con bajo aporte de sal

Los cambios sociales acaecidos en los últimos años, han desembocado en un icremento del consumo de productos derivados de la pesca y más concretamente, derivados del surimi. En la elaboración de derivados de surimi, la textura final es muy importante, pues en la mayoría de los casos de los productos elaborados son productos sucedáneos, que deben tener una textura característica similar al producto original al que imitan. Para conseguir una textura adecuada en estos productos, se requiere un importante aporte de sal, (comúnmente 1-3% de NaCl) a fin de favorecer la gelificación térmica de las proteínas miofibrilares. Este hecho dificulta el cumplimiento de los requerimientos nutricionales que reclaman una reducción de sal en la dieta y buscan potenciar el consumo de alimentos saludables. Considernado el papel de la sal sobre las características tecnofuncionales de los productos derivados de surimi, fundamentalmente sobre la textura, su reducción supone un importante reto tecnológico para la industria, que ha de suplir este efecto optimizando otras tecnologías y/o empleando distintos aditivos favorecedores de la gelificación.Peer Reviewe

Influence of amino acid addition during the storage life of high pressure processed low salt surimi gels

Protein gelation is the main step in the preparation of surimi-based products. Salt addition is essential in thermal gelation in order to dissolve myofibrillar proteins before heating. The manufacture of reduced-NaCl surimi-based products poses a technological challenge to the surimi gelation in that the proteins are not previously unfolded. In this study reduced-NaCl surimi gels (0.3 g/100 g NaCl) were made by adding cystine (0.1 g/100 g) or lysine (0.1 g/100 g), with or without high pressure assistance (300 MPa) to determine the influence of those additives on surimi gel and on stability over up to 28 days of chilled storage. Results indicated that the physicochemical properties achieved in the reduced-NaCl surimi gels were similar to those of the gels with regular NaCl content (3 g/100 g). Gel properties remained stable throughout chilled storage, indicating a successful gelation process and a well stabilized protein network. Although gels were microbiologically safe (<10 CFU/g) during chilled storage, sensory analysis detected off-flavour after day 14, especially in cystine samples, rendering them unacceptable. In conclusion these gels exhibit good physicochemical and sensory properties as well as microbiological and sensory stability up to day 14 of chilled storage.This research was supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness under the project AGL2011-24693 and the fellowship through the ‘‘Formación de Personal Investigador FPI 2012 (BES-2011-053420)” programme.Peer Reviewe

Effect of high pressure on reduced sodium chloride surimi gels

© 2015 Elsevier Ltd. Following the dietary recommendations for the reduction of salt consumption, the present study considered several surimi gelation processes and the influence of high pressure (HHP) on reduced salt content gels. Suwari (S) and heated-induced definitive gels with setting (SQ) and without (Q) were prepared with three different high hydrostatic pressure treatments (0, 150 MPa and 300 MPa) and with two different salt percentages (0.3% and 3%).The protein denaturation and/or unfolding induced by HHP processing of samples with reduced NaCl content was similar to that observed when a higher level of NaCl was used. Gel microstructure became more compact and denser with increasing NaCl content and higher HHP, what resulted in more luminous (L*) gels.Mechanical and sensory properties of reduced-NaCl gels were improved by the application of 300 MPa, reaching similar values to the gel made with higher NaCl content. The gelation profiles of the surimi pastes indicated that samples made with lower NaCl content produced stronger networks that were as stable as the ones with higher NaCl content.The authors would like to thank the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness and the Spanish National Research Council (CSIC) for supporting the project AGL2011-24693.Peer Reviewe

Different additives to enhance the gelation of surimi gel with reduced sodium content

©2015 Elsevier Ltd. All rights reserved. This study tested the effect of adding tetra-sodium pyrophosphate, cystine and lysine as surimi gelation enhancers (Alaska Pollock) in order to reduce the sodium content of gels up to 0.3%. These gels were compared with others that contained 3% NaCl content (the amount typically used for surimi processing). To induce protein gelation, gels were first heated and then set at 5°C/24 h. Once the physicochemical and rheological properties of the gels were determined, cystine and lysine were found to be the most effective additives improving the characteristics of low NaCl surimi gels. The action of these additives is mainly based on the induction of myofibrillar protein unfolding thus facilitating the formation of the types of bonds needed to establish an appropriate network. It was found that a setting period was needed for gel processing to maximize the effect of the additives.The authors would like to thank the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness and the Spanish National Research Council (CSIC) for supporting the project AGL2011-24693, and the fellowship through the “Formación de Personal Investigador – FPI 2012 (BES-2012-053420)” programme.Peer Reviewe