Comportamiento-reologico-y-propiedades-de-superficie-del-gluten-de-trigo-sometido-a-desamidacion

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
 
PROGRAMA DE MAESTRÍA Y DOCTORADO EN CIENCIAS QUÍMICAS 
 
 
 
 
COMPORTAMIENTO REOLÓGICO Y PROPIEDADES DE SUPERFICIE DEL GLUTEN 
DE TRIGO SOMETIDO A DESAMIDACIÓN 
 
 
 
 
T E S I S 
PARA OPTAR POR EL GRADO DE 
DOCTOR EN CIENCIAS 
 
 
 
PRESENTA: 
 
M. en C. ENRIQUE FUENTES PRADO 
 
 
 
 
 
 
TUTOR PRINCIPAL 
DRA. LAURA PATRICIA MARTÍNEZ PADILLA, FACULTAD DE 
ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN 
 
 
COMITÉ TUTOR 
DR. JESUS GRACIA FADRIQUE, FACULTAD DE QUÍMICA 
DR ALBERTO TECANTE CORONEL, FACULTAD DE QUÍMICA 
 
 
 
CIUDAD DE MÉXICO, ENERO 2017. 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para 
fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo 
mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, 
reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el 
respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
Jurado asignado: 
 
Presidente Dr. Luis Felipe del Castillo Dávila, Instituto de Investigaciones en Materiales, 
UNAM 
Vocal Dra. Amelia Farrés González-Saravia, Facultad de Química, UNAM 
Vocal Dr. Jesús Gracia Fadrique, Facultad de Química, UNAM 
Vocal Dra. Adriana Inés Rodríguez Hernández, Instituto de Ciencias Agropecuarias, UAEH 
Secretario Dr. José Roberto Zenit Camacho, Instituto de Investigaciones en Materiales, 
UNAM 
 
 
Sitio donde se desarrolló el proyecto: 
 
Laboratorio de Propiedades Reológicas y Funcionales en Alimentos, Facultad de Estudios 
Superiores Cuautitlán 
 
 
 
Artículo publicado: 
 
Fuentes-Prado, E., Martínez-Padilla, L.P. (2014). Colloidal stability and dilatational rheology 
at the air–water interface of peptides derived from thermal-acidic treated wheat gluten. Food 
Hydrocolloids, 41, 210–218. 
 
 
 
Participación en congresos: 
 
Fuentes Prado, E. y Martínez Padilla, L.P. “Electrokinetic and interfacial rheological behavior 
at the air-water interface of water-soluble peptides derived from wheat-gluten proteins by an 
acidic thermal treatment” EuroFoodChem XVII. Estambul, Turquía, 7-10/mayo, 2013. 
Modalidad cartel. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
 
A la Dra. Laura Patricia Martínez Padilla por su guía para la realización de este 
trabajo. 
 
Al Dr. Jesús Gracia Fadrique y al Dr. Alberto Tecante Coronel, miembros de mi 
Comité Tutor, por sus valiosos comentarios durante las evaluaciones tutelares. 
 
Al Dr. Luis Felipe del Castillo Dávila, a la Dra. Amelia Farrés González-Saravia, a la 
Dra. Adriana Inés Rodríguez Hernández y al Dr. José Roberto Zenit Camacho, 
miembros del Jurado, por su tiempo y comentarios a esta tesis. 
 
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México por el financiamiento 
otorgado para la realización de mis estudios de Doctorado, a través de la beca 
número 46344. 
 
Al Programa de Maestría y Doctorado en Ciencias Químicas de la UNAM, por su 
apoyo para presentar parte de este trabajo en el EuroFoodChem XVII en Estambul, 
Turquía, 2013. 
 
A la Dra. Sandra Díaz Barriga Arceo y la Dra. Sara Esther Valdés Martínez por la 
capacitación para la realización de las pruebas de electroforesis en gel. 
 
A la Dra. Gabriela Vargas Martínez, por su apoyo para la realización de las pruebas 
de electroforesis capilar. 
 
A la M. en C. Sandra Pérez Munguía por las pruebas de electroforesis en gel que 
permitieron concluir el proceso de publicación de parte de los resultados de este 
trabajo en la revista Food Hydrocolloids. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A mi familia. 
A mi padre y a mi madre. 
Los amo. 
 
Índice 
 Página 
Abstract i 
Resumen ii 
Introducción iii 
Capítulo 1. Antecedentes 1 
1.1. Interfases fluidas 1 
1.1.1. La energía libre de interfase y la tensión de interfase 1 
1.1.2. Modelo de Gibbs para interfases fluidas 6 
1.1.3. Isoterma de adsorción en interfases formulada por Gibbs 10 
1.1.4. Proceso de adsorción de tensoactivos en interfases fluidas 12 
1.1.5. Modelo de Young-Laplace para interfases fluidas 20 
1.1.6. Reología dilatacional de interfases fluidas 21 
1.2. Proteínas del gluten de trigo 25 
1.2.1. Características químicas de las proteínas del gluten de trigo 25 
1.2.2. Propiedades tensoactivas de las proteínas del gluten 28 
1.2.3. Modificaciones en las proteínas del gluten de trigo mediante tratamiento 
térmico-ácido 
30 
Capítulo 2. Metodología experimental 37 
2.1. Hipótesis 37 
2.2. Objetivos 37 
2.3. Materiales 38 
2.4. Preparación de la muestra 38 
2.5. Tratamiento térmico a condiciones ácidas aplicado al gluten vital de trigo 39 
2.6. Porcentaje de proteína solubilizada 41 
2.7. Grado de desamidación 41 
2.8. Grado de hidrólisis 43 
2.9. Distribuciones de peso molecular por electroforesis en gel de poliacrilamida 
en condiciones desnaturalizantes con dodecil sulfato de sodio (EGPA-DSS) 
43 
2.10. Distribuciones de peso molecular mediante electroforesis capilar en gel en 
condiciones desnaturalizantes con dodecil sulfato de sodio (ECG-DSS) 
44 
2.11. Pruebas de turbidimetría 45 
2.12. Potencial zeta y distribución tamaños de agregados de proteína 45 
2.13. Tensión de interfase dinámica 46 
2.14. Propiedades reológicas de interfase 46 
Capítulo 3. Resultados y discusión 48 
3.1. Resultados del tratamiento del gluten nativo con ácido acético a 
concentraciones, tiempos y temperaturas variables 
48 
3.1.1. Cambios producidos en las proteínas del gluten de trigo 48 
3.1.2. Propiedades de interfase de proteínas hidrosolubles a potencial de 
hidrógeno ácido 
56 
3.2. Resultados del tratamiento del gluten nativo con ácido clorhídrico a 
concentración variable 
61 
3.2.1. Cambios producidos en las proteínas del gluten de trigo 61 
3.2.2. Estabilidad coloidal de los péptidos solubles en agua 66 
3.2.3. Propiedades de interfase de los péptidos hidrosolubles a potencial de 
hidrógeno neutro 
72 
Conclusiones 93 
Referencias bibliográficas 95 
Anexo A Colloidal stability and dilatational rheology at the air–water interface of 
peptides derived from thermal-acidic treated wheat gluten. 
104 
 
 
 
Índice de cuadros 
 Página 
Cuadro 1.1. Sistemas coloidales dispersos. 1 
Cuadro 1.2. Valores de tensión de interfase líquido-aire y líquido-líquido de fluidos 
comúnmente empleados en investigaciones sobre química de coloides. 
4 
Cuadro 1.3. Estructuras químicas de los aminoácidos proteínicos. 15 
Cuadro 1.4. Concentración de interfase y la tensión de interfase para las distintas 
etapas de adsorción de anfífilos en interfaces fluidas 
16 
Cuadro 1.5. Composición de las proteínas presentes en el gluten. 26 
Cuadro 2.1 Condiciones de los tratamientos con ácido acético aplicados al gluten 
de trigo desengrasado. 
39 
Cuadro 2.2. Condiciones de los tratamientos con ácido clorhídrico aplicados al 
gluten de trigo desengrasado. 
40 
Cuadro 3.1. Solubilidad y potencial zeta ( ) de los péptidos derivados del gluten de 
trigo nativo tratado a diferentes concentraciones de ácido ácetico y 
diferentes temperaturas durante 10 minutos. 
49 
Cuadro 3.2. Grado de desamidación, solubilidad y potencial zeta ( ) de los péptidos 
derivados del gluten de trigo nativo tratado con ácido acético 1.2 M a 
121 ℃ a diferentes tiempos. 
50 
 
Cuadro 3.3. Cambios químicos logrados en las proteínas del gluten de trigo usando 
un tratamiento térmico-ácido con HCl a 121 ℃ por 10 min. 
62 
Cuadro 3.4. Efecto de la concentración de tensoactivo en la fase acuosa y del 
tratamiento aplicado para la modificación de las proteínas del gluten 
de trigo sobre los parámetros cinéticos de adsorción en la interfase 
aire-agua. 
78Cuadro 3.5. Efecto de la concentración de tensoactivo en la fase acuosa sobre los 
parámetros cinéticos de adsorción en la interfase aceite-agua de los 
tensoactivos obtenidos con HCl 50 mM. 
81 
Cuadro 3.6. Tiempos característicos y presión de interfase, , de las películas 
adsorbidas de tensoactivos obtenidos del gluten de trigo con 
tratamientos ácido-térmicos. 
92 
 
Índice de figuras 
 Página 
Figura 1.1. Representación de las fuerzas intermoleculares en fluidos puros. 2 
Figura 1.2. Idealización del plano divisorio de Gibbs entre un líquido y su vapor. 7 
Figura 1.3. Estructura de la lecitina, un tensoactivo de bajo peso molecular. 13 
Figura 1.4. Perfil típico de abatimiento de la tensión de interfase producido 
tensoactivos en solución diluida. 
15 
Figura 1.5. Procesos de adsorción de tensoactivos en interfaces fluidas. 17 
Figura 1.6. Análisis axisimétrico del perfil de una gota pendiente. 22 
Figura 1.7. Estructura primaria de la gliadina α. 27 
Figura 1.8. Mecanismo general de desamidación ácida de la glutamina y 
asparagina. 
32 
Figura 3.1. Perfil de pesos moleculares de la fracción proteínica del gluten de trigo 
soluble en alcohol isopropílico al 50 % (v/v) más 2-mercaptoetanol. 
54 
Figura 3.2. Datos de adsorción en la interfase de las proteínas derivadas del gluten 
de trigo tratadas con ácido acético 1.2 M, a 121 °C por tiempo variable. 
56 
Figura 3.3. Módulo elástico dilatacional de la película de proteínas del gluten 
de trigo solubles a pH 4 con diferentes grados de desamidación (GD), 
adsorbidas en la interfaseaceite-agua. 
60 
Figura 3.4. Perfil de pesos moleculares de las proteínas del gluten de trigo 
desengrasado obtenidas mediante electroforesis en gel de 
poliacrilamida con dodecil sulfato de sodio como desnaturalizante. 
62 
 
 
 
Figura 3.5 Patrones de pesos moleculares obtenidos mediante electroforesis 
capilar en gel, de las fracciones de los péptidos hidrosolubles obtenidos 
a partir de gluten de trigo modificado térmicamente a condiciones 
ácidas. 
63 
Figura 3.6. Absorbancia como una función del pH de soluciones de péptidos 
hidrosolubles obtenidos a partir de proteínas de trigo tratadas con HCl. 
67 
Figura 3.7. Potencial zeta de los péptidos solubles en agua obtenidos a partir de 
las proteínas del gluten de trigo tratadas con HCl en función del pH. 
69 
Figura 3.8. Distribuciones de tamaño de partículas como una función del pH de los 
péptidos solubles en agua obtenidos a partir de proteínas del gluten de 
trigo tratadas con HCl. 
71 
Figura 3.9. Abatimiento de la tensión de interfase, σ , en función del tiempo. 73 
Figura 3.10. Datos de adsorción en la interfase agua-aire de proteínas de gluten 
nativo y de péptidos derivados con tratamiento térmico-ácido. 
75 
Figura 3.11. Datos de adsorción en la interfase agua-aceite de las proteínas 
derivadas del gluten de trigo tratadas con ácido clorhídrico 50 mM, a 
121 °C por 10 minutos. 
76 
Figura 3.12. Representación gráfica del tratamiento de los datos de la adsorción de 
los péptidos derivados del gluten de trigo tratado con ácido clorhídrico 
250 mM a 121 °C por 10 minutos, en la interfase aire-agua. 
77 
Figura 3.13. Tensión de interfase, 𝜎 , a las 3 horas de adsorción en función de la 
concentración de proteína en fase acuosa. 
82 
Figura 3.14. Barridos de deformación en la interfase agua-aire para péptidos 
solubles en agua obtenidos con diferentes concentraciones de HCl. 
83 
Figura 3.15. Propiedades reológicas de los péptidos solubles obtenidos del gluten 
de trigo con tratamiento térmico-ácido en función de la frecuencia de 
oscilación. 
85 
Figura 3.16. Evolución de módulo elástico de interfase ( ) para péptidos solubles 
en agua en la interfase agua aire obtenida con diferentes 
concentraciones de HCl. 
86 
Figura 3.17. Módulos elástico y viscoso de las películas adsorbidas de péptidos 
derivados del gluten de trigo con el tratamiento térmico-ácido. 
88 
 
i 
 
ABSTRACT 
In this work water-soluble compounds with surface activity were obtained from 
wheat gluten proteins subjected to thermal treatments in acidic conditions using 
acetic acid and hydrochloric acid. Gluten was defatted using a 
chloroform:methanol (2:1, v/v) mixture prior to the acid-thermal treatment to 
avoid the effects of the surface active lipids contained in the gluten. The acid-
thermal treatment using acetic acid was carried out by varying the acid 
concentration (174 mM to 453 mM) and the temperature (105 to 120 ℃) for a time 
of 10 minutes. Treatments were also applied at a concentration of 1.2 M acetic acid 
at a constant temperature of 121 ° C for a variable time (10 to 40 min). Treatment 
with hydrochloric acid was performed at a variable acid concentration (50 to 250 
mM) at 121 ℃ for 10 minutes. 
Acetic acid treatments produced derivative proteins with solubility at acid pH, 
while the concentration of soluble protein at neutral pH was poor. In the proteins 
treated with acetic acid varying concentration of acid and temperature, it was not 
possible to determine the degree of deamidation, whereas it was possible to 
determine the degree of deamidation in proteins treated with 1.2 M acetic acid. 
Despite the deamidation, isoelectric point of wheat gluten proteins treated with 
1.2 M was independent of the deamidation degree as it was observed in proteins 
and peptides obtained with hydrochloric acid. In general, the treatments with 
hydrochloric acid allowed obtaining water-soluble surfactant compounds at neutral 
pH. These surfactants presented pH-dependent aggregation states. As hydrochloric 
acid concentration increased, higher deamidation and hydrolysis degrees were 
observed, while lower magnitudes of the isoelectric points of proteins and peptides 
derived from wheat gluten proteins were observed as HCl concentration increased. 
With all HCl treatments the formation of a new fraction of peptides of molecular 
weight less than 10 kDa was observed, which increased in quantity as the 
concentration of HCl used was increased in the treatment. 
The decrease in the interfacial tension produced by the proteins treated with 1.2 M 
acetic acid showed a dependence on the protein concentration in the aqueous 
phase, but not to the treatment conditions used for its modification. 
While for the peptides obtained with the hydrochloric acid treatments the 
decreasing of the interface tension was more related to the concentration in the 
aqueous phase and to the adsorption interface nature. The viscoelastic properties 
of the interface were related to the molecular size of the proteins. The molecular 
weight also determined the size of the colloidal aggregates of the peptides in the 
aqueous phase. The electric charge of tensoactives in aqueous phase affected its 
diffusion to the interface during adsorption process at fluid interfaces. 
 
ii 
 
RESUMEN 
 
En este trabajo se obtuvieron compuestos tensoactivos hidrosolubles a partir de las 
proteínas del gluten de trigo sometidas a tratamientos ácido-térmicos con ácido 
acético y con ácido clorhídrico. El gluten se desengrasó utilizando una mezcla de 
cloroformo:metanol (2:1, v/v) previo a la aplicación del tratamiento ácido-térmico 
para evitar participación de los tensoactivos de naturaleza lipídica que contiene. El 
tratamiento ácido-térmico usando ácido acético se llevó a cabo variando la 
concentración de ácido (174 mM a 453 mM) y la temperatura (105 a 120 ℃) 
durante un tiempo de 10 minutos. También se aplicaron tratamientos a una 
concentración de ácido acético de 1.2 M a 121 °C durante un tiempo variable (10 a 
40 min). El tratamiento con HCl se realizó a una concentración variable de ácido (50 
a 250 mM) a 121 ℃ por 10 minutos). 
Los tratamientos con ácido acético produjeron en general proteínas derivadas con 
mayores solubilidades a pH ácido, pero menos solubles a pH neutro. En las 
proteínas tratadas con ácido acético a concentración de ácido y temperatura 
variables no fue posible determinarel grado de desamidación, como si lo fue en las 
proteínas tratadas con ácido acético 1.2 M. A pesar de presentar desamidación, las 
proteínas del gluten de trigo tratadas con ácido acético 1.2 M presentaron cambios 
en el punto isoeléctrico como el observado en las proteínas y péptidos obtenidos 
con HCl. Los tratamientos con HCl, en general, permitieron obtener compuestos 
tensoactivos hidrosolubles a pH neutro, con estados de agregación dependientes 
del pH y con menores puntos isoléctricos que las proteínas del gluten de trigo. 
Dichos tensoactivos presentaron un mayor grado de desamidación e hidrólisis y 
menores magnitudes de los puntos isoeléctricos conforme aumentó la 
concentración del HCl. Se observó la aparición de una fracción de péptidos de peso 
molecular menor a 10 kDa, que incrementó en cantidad conforme aumentó la 
concentración de HCl. 
El abatimiento de la tensión de interfase producido por las proteínas tratadas con 
ácido acético 1.2 M, presentó dependencia a la concentración de proteína en fase 
acuosa, no así a las condiciones de tratamiento empleadas para su modificación. 
Mientras que para los péptidos conseguidos con los tratamientos con ácido 
clorhídrico la magnitud de abatimiento de la tensión de interfase presentó mayor 
relación con la concentración en fase acuosa y con el tipo de interfase de 
adsorción. Por su parte, las propiedades viscoelásticas de interfase presentaron 
relación con el tamaño molecular de las proteínas y con el tamaño de los agregados 
coloidales de los péptidos en fase acuosa. La carga eléctrica desarrollada por los 
tensoactivos afectó la velocidad de adsorción en la interfase. 
iii 
 
Introducción 
Las proteínas de origen vegetal son una fuente potencial de compuestos con 
actividad de superficie que pueden ser empleados en la formación de sistemas 
coloidales en los que el agua funja como medio de disolución del tensoactivo. 
Motivo por el cual actualmente las proteínas del gluten de trigo están siendo objeto 
de investigación como una fuente renovable de compuestos tensoactivos. 
Para que una proteína pueda ser empleada como tensoactivo, es necesario que 
presente un carácter liofílico en alguna de las fases que se emplearán en la 
formación del sistema coloidal en cuestión. Tomando en cuenta al agua como la 
fase predominante en la formación de sistemas coloidales que involucran interfaces 
fluidas, las proteínas del gluten de trigo resultan ser liófobas. La insolubilidad de las 
proteínas del gluten de trigo en agua se debe principalmente a que son una mezcla 
de diversas fracciones de macromoléculas que en general son de alto peso 
molecular y presentan escasez de residuos de aminoácidos ionizables, tales como el 
ácido glutámico. Las proteínas del gluten contienen altas proporciones de residuos 
de aminoácidos no polares como la prolina y altas proporciones de glutamina, un 
aminoácido polar que se encuentra formando puentes de hidrógeno 
intramoleculares y que se presenta en una proporción del 30% del total de residuos 
que conforman la estructura primaria de las proteínas del gluten (Beckwith et al., 
1963; Krull e Inglett, 1971; Krull y Wall, 1969; Liao et al., 2010a; Wu et al., 1976). 
Con la finalidad de ampliar el uso de las proteínas del gluten de trigo como 
compuestos con actividad de superficie se han reportado en la literatura científica 
numerosos procesos de modificación a sus estructuras nativas los que tienen por 
objetivo lograr cambios en el tamaño molecular, la flexibilidad de la cadena, la 
carga eléctrica y la hidrofobicidad y que deriven en la solubilización de dichas 
iv 
 
proteínas en fase acuosa o en la obtención de compuestos hidrosolubles con 
actividad de superficie (Day et al., 2006; Liao y col., 2010a; Schwenke, 1997). 
Uno de los procesos de modificación que se ha empleado para obtener compuestos 
hidrosolubles con actividad de superficie derivados de las proteínas del gluten de 
trigo es el de la desamidación de los residuos de glutamina y asparagina por medio 
de ácidos orgánicos o inorgánicos (Berti et al., 2007; Liao et al., 2010). Con este 
tratamiento los grupos amida de las cadenas laterales de los residuos de asparagina 
y glutamina son transformados a sus correspondientes residuos ácido aspártico y 
ácido glutámico (Wright, 1991). Los ácidos carboxílicos del ácido aspártico y 
glutámico en general contribuyen a la solubilidad de una proteína a través del 
desarrollo de cargas eléctricas negativas cuando la proteína se encuentra en 
solución a un pH por arriba de su correspondiente punto isoléctrico (Nelson y Cox, 
2008). 
Además de la desamidación, este tratamiento puede provocar la hidrólisis de los 
enlaces peptídicos de las proteínas nativas del gluten de trigo, factor que también 
contribuye a la hidrosolubilidad de los compuestos derivados (Berti et al., 2007; 
Liao et al., 2010a; Wright, 1991). Las proteínas hidrosolubles obtenidas por 
desamidación se presentan como agregados solubles en fase acuosa, el estado de 
agregación puede afectar su funcionalidad como emulsionantes o espumantes 
(Zhao et al., 2011). 
En lo que respecta a la actividad de superficie de las proteínas del gluten de trigo, 
esta se ha estudiado utilizando técnicas como la de balance de película superficial 
(Bos et al., 2003; Balla et al., 1998; Tschoegl y Alexander, 1960a y 1960b), 
tensiometría de Wilhelmy (Keller et al., 1997; Takeda et al, 2001), reología 
dilatacional con barrera de Langmuir (Bos et al., 2003; Day et al., 2009) y 
elipsometría (Örnebro et al., 1999). En las investigaciones que han empleado las 
v 
 
técnicas antes mencionadas, los cambios producidos en las proteínas del gluten de 
trigo no incluyeron la modificación de sus estructuras primarias. 
Entre las investigaciones realizadas sobre el gluten de trigo sometido a 
desamidación ácida se ha reportado el efecto del tratamiento con ácido clorhídrico 
y acético sobre el grado de desamidación, el grado de hidrólisis, la presencia de 
aminoácidos libres, la presencia de grupos tiol y la presencia de enlaces disulfuro 
en relación a la funcionalidad que presentan como emulsionante y espumante (Wu 
et al., 1976); el efecto de la desamidación sobre el abatimiento de la tensión en la 
interfase agua-aire, los cambios en su estructura secundaria y su hidrofobicidad 
superficial, todas correlacionadas con sus propiedades emulsionantes (Matsudomi 
et al., 1982); el efecto de la desamidación ácida en combinación con hidrólisis 
enzimática sobre el grado de desamidación, el grado de hidrólisis y las propiedades 
emulsionantes y espumantes (Mimouni et al., 1994); los efectos que tiene la 
concentración de iones monovalentes (K+ y Na+) y divalentes (Ca2+), la 
concentración de proteína, la temperatura, el radio hidrodinámico en solución, su 
solubilidad y la actividad de superficie, sobre la distribución de tamaño de partícula 
dispersada y el potencial zeta de gotas de aceite emulsionadas en agua en las que 
se emplearon como emulsionante (Day et al., 2009). 
Se han reportado también los efectos producidos por la desamidación con ácidos 
orgánicos o con ácidos inorgánicos sobre el grado de desamidación, el grado de 
hidrólisis, el índice de solubilidad, la estructura terciaria y secundaria, el perfil de 
aminoácidos y las propiedades emulsionantes y espumantes de compuestos 
derivados de las proteínas del gluten de trigo (Liao et al, 2010a, 2010b). 
Pero no solo la actividad de superficie de una proteína es suficiente para que 
presente una buena funcionalidad como emulsionante o espumante, sino que 
también las propiedades mecánicas que desarrolla la película adsorbida de 
vi 
 
proteínas en la interfase son decisivas para tal funcionalidad. Las películas 
adsorbidas de proteínas exhiben propiedades tanto elásticas como viscosas que 
proveen de resistencia mecánica a la interfase ante esfuerzos provocados por el 
flujo de los fluidos que dan origen a unaemulsión o espuma (Benjamins y Lucassen-
Reynders, 2009; Murray, 2011). Actualmente existen técnicas como la tensiometría 
de gota pendiente que no solo permiten el estudio del abatimiento de la tensión de 
interfase provocada por un tensoactivo al adsorberse, sino que también permiten 
el estudio de las propiedades mecánicas de la película adsorbida en la interfase en 
función de variaciones harmónicas de compresión/expansión del área de interfase 
(Benjamins et al., 2006). 
De acuerdo a la revisión hecha de la literatura científica, las características 
moleculares de los péptidos hidrosolubles obtenidos del gluten de trigo y su estado 
de agregación en fase acuosa no se han relacionado hasta el momento al desarrollo 
de propiedades mecánicas de la película adsorbida en interfaces fluidas. Estos 
tensoactivos actualmente se emplean en industrias como la alimenticia y la 
farmacéutica, sin embargo, es necesario conseguir que su actividad de superficie 
permita crear sistemas dispersos cada vez más estables. Por lo que lograr un mayor 
conocimiento sobre los mecanismos de abatimiento de la tensión de interfase y de 
las propiedades mecánicas de la película adsorbida de tales tensoactivos permitirá 
su empleo en la creación de sistemas dispersos cada vez más estables. 
Basado en lo hasta aquí expuesto, el presente trabajo tuvo el objetivo de investigar 
la relación que guardan las características de agregación coloidal en fase acuosa y 
el peso molecular con las propiedades reológicas de dilatación de películas 
adsorbidas de péptidos hidrosolubles derivados de gluten de trigo sometido a un 
tratamiento térmico a condiciones ácidas suaves en interfases fluidas para 
emplearlos como tensoactivo. 
1 
 
Capítulo 1. Antecedentes 
1.1 . Interfases fluidas 
1.1.1. La energía libre de interfase y la tensión de interfase 
Las interfases fluidas se originan cuando dos fases líquidas inmiscibles o una fase 
líquida y una gaseosa entran en contacto, definiéndose como interfase justamente 
a la región en la cual ambas fases contactan. En general, las interfases toman 
relevancia en sistemas en los cuales se presenta una contribución superficial 
significativa a la energía de dicho sistema (Mortimer, 2008). Tal es el caso de los 
sistemas coloidales, los cuales se caracterizan por contener partículas de una fase 
finamente dispersadas en otra fase (fase continua), lo cual lleva a una considerable 
relación superficie/volumen. En el Cuadro 1.1 se presentan diversos sistemas 
coloidales que son comunes y de gran importancia en diversas áreas tecnológicas 
como la farmacéutica o la alimenticia. Por la naturaleza de las fases que los 
forman, las emulsiones, las espumas y los aerosoles de gotas líquidas presentan 
interfases fluidas. 
 
Cuadro 1.1. Sistemas coloidales dispersos (Karsa, 2006). 
 
Fase dispersa Medio de dispersión Nombre de la dispersión 
Líquido Gas Aerosol de gotas líquidas 
Sólido Gas Aerosol de partículas sólidas 
Gas Líquido Espuma 
Líquido Líquido Emulsión 
Sólido Líquido Sol, suspensión 
Gas Sólido Espuma sólida 
Líquido Sólido Emulsión sólida 
Sólido Sólido Suspensión sólida 
 
2 
 
A excepción de una fase condensada en el vacío, en cuyo caso se podría 
estrictamente hablar de una superficie, en el resto de los sistemas en la realidad 
se presentan interfases. Sin embargo, sin hacer referencia al hecho de estar en 
contacto con otra fase, se puede expresar que las moléculas que se encuentran en 
la superficie de una fase fluida se comportan de una manera distinta a las que se 
encuentran en el seno de la misma. En el seno de una fase cada molécula es 
atraída por fuerzas de magnitudes equivalentes en todas las direcciones ejercidas 
por las moléculas vecinas (Figura 1.1a) mientras que en la superficie, las moléculas 
están en un campo de fuerzas asimétrico en el que son atraídas solamente por las 
moléculas localizadas en la capa adyacente por debajo de ellas (Figura 1.1b). 
 
 
Figura 1.1. Representación de las fuerzas intermoleculares en fluidos puros. (a) sobre 
una molécula en el interior de una fase; (b) sobre las moléculas en la superficie de 
la fase; (c) entre las moléculas de dos distintos líquidos en la interfase y (d) entre 
las moléculas de un líquido y un vapor en la interfase (basado en Myers, 1999). 
 
Tales fuerzas son de naturaleza física y de corto alcance, principalmente originadas 
por perturbaciones de las distribuciones de carga electrónica (Erbil, 2006). Entre 
ellas se incluyen fuerzas de van der Waals (en particular fuerzas de dispersión de 
London), enlaces de hidrógeno y enlaces metálicos (Shaw, 2003). La existencia de 
un campo de fuerza asimétrico entre las moléculas de la superficie respecto a las 
del seno de la fase ha sido modelado desde el punto de vista termodinámico, en 
donde se hace referencia a una energía libre de superficie y desde el punto de 
3 
 
vista mecánico en donde se hace referencia a una fuerza contráctil por unidad de 
longitud que actúa paralela a la superficie (Lyklema, 2000). 
Tal campo de fuerza asimétrico es el responsable de que, por ejemplo, las gotas de 
un líquido en un aerosol o las burbujas de un gas formadas en el seno de un 
líquido tiendan a contraerse espontáneamente adoptando una geometría esférica, 
llevando a un mínimo el área superficial y consecuentemente a un mínimo la 
cantidad de moléculas en la superficie de la fase dispersada (Adam, 1941; Butt y 
Kappl, 2010; Erbil, 2006). 
Para la estabilidad de un sistema coloidal es fundamental manipular las fuerzas de 
interfase y llevar la energía libre asociada a esa región a un valor mínimo. Aunado 
a estas interacciones, en las partículas coloidales se da un delicado balance entre 
su movimiento térmico intrínseco (movimiento browniano) y las fuerzas externas 
que actúan sobre y entre dichas partículas, por ejemplo, la fuerza de gravedad y 
las fuerzas de repulsión electrostática (Norde, 2003), que como consecuencia 
hacen que macroscópicamente el sistema se aprecie como un sistema homogéneo 
estable. 
En el Cuadro 1.2 se presentan valores de tensión de interfase de tres 
hidrocarburos lineales de cadena larga, así como también de algunos aceites 
vegetales comestibles comunes, ya sea que la interfase considerada sea formada 
por el contacto del hidrocarburo o aceite con el aire (ς𝑔𝑙) o de aquéllos con el 
agua en estado líquido (ς𝑙𝑙). Como puede observarse, los valores de ς𝑔𝑙 para el 
mercurio son mucho mayores que los exhibidos por el agua y los tres 
hidrocarburos lineales de cadena larga y aceites vegetales presentados. Esto se 
debe a que las fuerzas de cohesión entre las moléculas del mercurio son mayores 
que las fuerzas de cohesión entre las moléculas del agua o que entre las moléculas 
de los hidrocarburos. 
4 
 
Cuadro 1.2. Valores de tensión de interfase líquido-aire y líquido-líquido de fluidos 
comúnmente empleados en investigaciones sobre química de coloides. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Las fuerzas de cohesión están a su vez en función de la magnitud de las fuerzas de 
dispersión en cada líquido. En el caso del mercurio, las fuerzas debidas a los 
enlaces metálicos y en el agua las debidas a los enlaces de hidrógeno, se suman a 
las fuerzas de dispersión. En cambio, las moléculas no polares, como los 
hidrocarburos y las cadenas hidrocarbonadas de los aceites vegetales, presentan 
un alto volumen libre que produce menores magnitudes de fuerza de cohesión y 
por lo tanto de menor tensión de interfase (Kronberg et al., 2014). 
En cuanto a la tensión de interfase líquido-líquido, tomando al agua y a alguno de 
los hidrocarburos o aceites vegetales mencionados en el Cuadro 1.2 como los 
líquidos en contacto, se puede observar que los valores de la ς𝑙𝑙 son menores que 
la ς𝑔𝑙 presentada por el agua en contacto con el aire. En este caso, la ς𝑙𝑙 es menor 
Fluido (Fórmula 
química) 
Temperatura 
(℃) 
𝝈𝒈𝒍 
(mN/m) 
𝝈𝒍𝒍 
(mN/m)Agua (H20) 25
a 71.99a — 
Dodecano (C12H24) 22
b 25.3b 53.7b 
Tetradecano (C14H28) 22
b 26.4b 54.5 b 
Hexadecano (C16H34) 22
b 27.2 b 55.2 b 
Aceite de soya 23.5c/ 25d 29.4 c 22.0d 
Aceite de olivo 20e 34.0e 14.8e 
Aceite de maíz 20e 35.8e 17.0e 
Aceite de girasol 20e 34.5e 16.5 e 
Mercurio 20 f 485f 375f 
El símbolo 𝜎𝑔𝑙 refiere a la interfase gas-líquido, donde el gas es 
aire y 𝜎𝑙𝑙 a la interfase líquido-líquido, en donde uno de los 
líquidos es agua. 
a Butt y Kappl , 2010. 
bGoebel y Lunkenheimer, 1997. 
cO’Meara, 2011. 
dUshikubo y Cunha, 2014. 
eHameed et al., 2012. 
fShaw, 2003. 
5 
 
que la ς𝑔𝑙 del líquido con mayor tensión de interfase debido a que las moléculas 
de cada líquido atraen a las moléculas del otro a través de la interfase (Figura 
1.1c), disminuyendo así el desbalance de energía que experimentan las moléculas 
en la superficie del líquido con mayor ς𝑔𝑙 (Birdi, 2002). 
En contraste a la ς𝑙𝑙 en el caso de la ς𝑔𝑙, cuando la superficie de un líquido se 
encuentra formando una interfase con su propio vapor (o con el aire) el 
desbalance de energía es mayor debido a que las moléculas del líquido en la 
interfase experimentan menores atracciones hacia las moléculas del vapor 
comparadas con las atracciones que se presentan entre las moléculas de dos 
líquidos en la interfase aun cuando sean inmiscibles (Figura 1.1d). Por lo anterior, 
es común nombrar a la tensión de la interfase aire-líquido como tensión de 
superficie. 
En comparación a los hidrocarburos, los aceites vegetales presentan menores 
valores de ς𝑙𝑙 con el agua, debido a que en realidad son mezclas de acilglicéridos 
con una cantidad variable de ácidos grasos insaturados y saturados, además de 
contener una concentración variable de fosfolípidos residuales, como la lecitina, 
de entre 10 y 1800 ppm. Si durante la refinación de un aceite vegetal la 
eliminación de fosfolípidos se realiza empleando lipasas, la concentración de 
fosfolípidos residuales puede variar entre 10 y 15 ppm (Vintala, 2009). Por 
ejemplo, el aceite de soya presenta acilglicéridos que pueden contener los 
siguientes ácidos grasos: ácido palmítico (16:0), esteárico (18:0), oleico (18:1), 
linoleico (18:2) y linolénico (18:3) (Blank et al., 1966). 
Regresando al hecho de que en los sistemas reales se presentan interfases, sean 
formadas por gas-líquido o por fases líquidas parcial o completamente inmiscibles, 
las interfases son regiones en las que se presenta un cambio gradual en la 
magnitud de propiedades como la densidad molecular, la composición, la entalpía, 
6 
 
la entropía y el potencial eléctrico (Figura 1.2). Los valores de tales propiedades 
van desde los que se presentan en el seno de una de las fases hasta aquéllos 
correspondientes a los de la otra fase fluida. Se estima que el espesor de una 
interfase fluida corresponde al del diámetro de las moléculas implicadas en su 
formación (Erbil, 2006; Mortimer, 2008; Norde, 2003). 
Por las características propias de la región de interfase, no ha sido posible 
determinar la contribución de cada una de las fases a las propiedades de tal región 
debido a que no hay manera de asegurar dónde termina una fase y dónde 
comienza la otra. Sin embargo, en el modelo de Gibbs se franquea dicha situación 
asignando la localización aproximada de una superficie divisora entre las fases que 
contactan. 
1.1.2. Modelo de Gibbs para interfases fluidas 
Como se mencionó previamente Gibbs estableció la localización aproximada de 
una superficie divisora plana que no posee volumen (línea situada en XSo en la 
Figura 1.2). Tomando como interfase la formada por agua pura en estado líquido 
(fase α) y por su vapor (fase β), el déficit de moléculas de agua en la superficie de 
la fase α iguala el exceso de moléculas de agua en la superficie de la fase β, 
implicando que el exceso neto de agua en la interfase es igual a cero, sin embargo, 
en dicha región se almacena energía, siendo ésta energía interna en exceso, US. 
Siendo la fase α y la fase β las fases participantes en la formación de una interfase, 
la ecuación de estado para cada una de ellas es: 
dUα = TdSα − PdVα + ∑ μidni
α
i (1) 
dUβ = TdSβ − PdVβ + ∑ μidni
β
i (2) 
En las que V, U, S, μi y ni son el volumen total, la energía interna, la entropía, el 
7 
 
potencial químico y el número de moles del componente i, respectivamente. 
 
Figura 1.2. Idealización del plano divisorio de Gibbs entre un líquido y su vapor 
(adaptado de Erbil, 2006). 
 
Adicionalmente, considerando un sistema bifásico en el que la interfase idealizada 
como plano divisor con VS = 0 contribuye de manera importante a la energía 
interna total del sistema, se tiene que los cambios en las variables termodinámicas 
del sistema en la región de contacto se definen como: 
dV = dVα + dVβ (3) 
dUS = dU − dUα − dUβ (4) 
dSS = dS − dSα − dSβ (5) 
dni
S = dni − dni
α − dni
β
 (6) 
Las ecuaciones de la 3 a la 6, en dónde el superíndice S hace referencia a las 
propiedades de la interfase, definen las propiedades termodinámicas llamadas 
8 
 
propiedades termodinámicas de exceso de la interfase (Gaydos et al., 2011). Para 
llegar a una ecuación de estado análoga a las definidas para las fases en contacto 
(Ec. 1 y Ec. 2) pero para la región de la interfase se debe incluir el término ςdA, 
que es identificado como el trabajo invertido en crear área de interfase, en el que 
A es el área de interfase y ς es la tensión de interfase. 
Considerando las propiedades de estado definidas por las ecuaciones 3 a la 6 y al 
término ςdA, se tiene la siguiente relación de estado para la interfase: 
dUS = TdSS − PSdVS + ςdA + ∑ μi
Sdni
S
i (7) 
A condiciones de S, V y ni
S constantes, la tensión de interfase se define como el 
aumento de la energía interna cuando la interfase se extiende reversiblemente por 
determinada unidad de área: 
ς = (
∂U
∂A
)
S,V,n
 (8) 
Las unidades de ς son de energía sobre área (J/m2), que son equivalentes a 
unidades de fuerza sobre longitud (N/m) (Norde, 2003). Sin embargo, resulta más 
conveniente definir ς en términos de variables termodinámicas que sean posibles 
de manipular de manera práctica, de tal manera que la tensión de interfase puede 
definirse a partir de la energía libre de Gibbs, G, o la energía libre de Helmholtz, F, 
dadas respectivamente por: 
dGS = −SdTS + VSdPS + ςdA + ∑ μi
Sdni
S
i (9) 
dFS = −SdTS + PSdVS + ςdA + ∑ μi
Sdni
S
i (10) 
En la práctica, la temperatura, presión, volumen y la composición del sistema son 
variables de las cuales se puede fijar la magnitud, así ς resulta ser: 
9 
 
ς = (
∂GS
∂A
)
T,P,n
 (11) 
ς = (
∂FS
∂A
)
T,V,n
 (12) 
Ambas ecuaciones implican que la tensión de interfase es el trabajo isotérmico 
reversible realizado para aumentar la interfase por unidad de área; a presión y 
composición constantes (Ec. 11) o a volumen y composición constantes (Ec. 12), 
ambas energías, G y F, disminuyen con el decremento del área de contacto de las 
superficies de las fases involucradas; es decir, que para lograr el equilibrio 
termodinámico es necesario reducir al mínimo el área de contacto entre dos fases 
fluidas (Erbil, 2006; Lyklema, 2000). 
Hasta aquí se ha hecho referencia a interfases fluidas formadas por sustancias 
puras, sin embargo, es común que al menos una de las fases implicadas en la 
formación de una interfase fluida sea una solución verdadera o una solución 
coloidal en la que los solutos o los coloides sean anfifílicos. Los anfífilos poseen en 
sus estructuras químicas al menos un grupo funcional afín al disolvente (liofílico) y 
uno no afín al disolvente (liofóbico) (Karsa, 2006). En general, los compuestos 
anfifílicos presentan una tendencia característica a adsorberse en las interfases 
fluidas, provocando la disminución de la tensión de interfase o en su caso de 
superficie, por lo que se les conoce en químicade coloides como compuestos con 
actividad de superficie o tensoactivos (Butt y Kappl, 2010). 
El empleo de compuestos anfifílicos es determinante para la estabilidad de los 
sistemas coloidales formados por distintas fases fluidas. Por ejemplo, en las 
emulsiones al ser dispersado uno de los líquidos inmiscibles en el otro, se está 
aumentando el área de interfase presente en el sistema, es decir, existe una gran 
cantidad de energía libre de interfase, la cual se puede llevar a un mínimo con el 
uso de anfífilos (Birdi, 2002; Karsa, 2006). 
10 
 
1.1.3. Isoterma de adsorción en interfases formulada por Gibbs 
Además de la energía libre de interfase, existe otro parámetro fundamental en la 
termodinámica de interfases: la concentración superficial, Γi, la cual está definida 
como los moles en exceso del componente 𝑖 adsorbidos en la interfase por unidad 
de área: 
Γi ≡
ni
S
A
 (13) 
Asumiendo área, temperatura y composición constantes, a partir de la Ec. 7, se 
puede obtener la siguiente forma integrada: 
US = TSSS + ςA + ∑ μi
Sni
S
i (14) 
A través de la diferenciación de la Ec. 14 se puede llegar a la siguiente relación: 
dUS = TSdSS + SSdTS + ςdA + Adς + ∑ μi
Sdni
S
i + ∑ ni
Sdμi
S
i 
(15) 
Combinando la Ec. 7 y la Ec. 15 se obtiene: 
SSdTS + Adς + ∑ ni
Sdμi
S = 0i (16) 
La cual expresa la dependencia de la energía libre de interfase sobre los 
potenciales químicos de los componentes presentes; esta ecuación es análoga a la 
de Gibbs-Duhem para las fases individuales que contactan (Erbil, 2006). Si la 
temperatura es constante se tiene que: 
dς = −
∑ ni
Sdμi
S
i
A
 (17) 
Considerando la Ec. 13 se llega a: 
ς = − ∑ Γidμi
S
i (18) 
11 
 
La Ec. 18 es la expresión matemática de la isoterma de adsorción de Gibbs, que 
permite comprender la relación que existe entre la energía libre de interfase y la 
presencia de determinado compuesto adsorbido en la región de la interfase. El 
decremento de la energía libre de interfase depende de la concentración 
superficial y del potencial químico en exceso del componente 𝑖 presente en la 
región de la interfase (Butt y Kappl, 2010; Erbil, 2006). 
Si se considera ahora una interfase gas-líquido formada por una mezcla binaria en 
fase líquida (fase α), integrada por agua como disolvente y un soluto (o un coloide) 
anfifílico, en contacto con el aire, se tiene que la energía libre de superficie 
depende ahora de la concentración en exceso y del potencial químico tanto del 
disolvente como del soluto: 
dς = −(Γ1dμ1
S + Γ2dμ2
S) (19) 
El subíndice 1 hace referencia a las cantidades pertenecientes al disolvente, 
mientras que el subíndice 2 se refiere a las cantidades relacionadas al soluto. 
Tomando la Ec. 19 y estableciendo la posición del plano divisor de Gibbs (Figura 
1.2b), de manera tal que por arriba o por debajo del plano, respectivamente, el 
exceso de moléculas de disolvente o el déficit de las mismas sea equivalente y por 
lo tanto en el plano divisor n1
S = 0, se tiene que la energía libre de interfase es 
dependiente solamente de la concentración y del potencial químico en exceso del 
soluto anfifílico, originando: 
dς = −Γ2dμ2
S (20) 
A partir de la Ec. 20, es posible encontrar una forma de la isoterma de Gibbs que 
relacione la concentración del tensoactivo en el seno de la fase líquida y la 
concentración en exceso en la interfase con la tensión de interfase. Para lo cual, es 
necesario considerar que el tensoactivo en la fase α se encuentra en solución 
12 
 
diluida y que el potencial químico del soluto está dado por μ2
S = μ2
o − RTSInc2, 
donde μ2
o es el potencial químico estándar de la especie 2, el cual es constante, R 
es la constante universal de los gases, T es la temperatura y c2 es la concentración 
del soluto en el seno de la disolución, llegando a: 
dς = −Γ2RT
𝑆dInc2 (21) 
La Ec. 21 establece una relación práctica en la que se aprecia claramente que la 
tensión de interfase depende tanto de la concentración del soluto en el seno de la 
fase líquida, c2, como de su concentración en la interfase, Γ2. Sin embargo, no hay 
que perder de vista que la Ec. 21 aplica para soluciones diluidas de solutos no 
ionizables y que disminuyen la energía libre de una interfase idealizada como una 
superficie divisora plana de volumen cero y que además es válida solo en un 
estado de equilibrio (Butt y Kappl, 2010; Zhang et al., 2012. 
La reducción de la energía libre en una interfase consignada por la isoterma de 
Gibbs presenta un límite, el cual está dado por la saturación de la interfase con el 
anfífilo; una vez llegado a un determinado valor de Γi, es decir, al valor de 
concentración superficial de saturación, Γs, la energía libre de interfase no 
disminuirá más aún cuando aumente c2, a este valor de c2 se le conoce como 
concentración micelar crítica (C.M.C.) para los tensoactivos formales, mientras que 
para los polímeros tensoactivos como las proteínas se le ha nombrado como 
concentración de agregación crítica (C.A.C.) (Shrestha et al. 2008). El valor de c2 al 
cual se da la máxima reducción de la tensión de interfase varía entre los distintos 
tensoactivos. 
1.1.4 Proceso de adsorción de tensoactivos en interfases fluidas 
Los tensoactivos son compuestos químicos que como se mencionó anteriormente, 
poseen tanto grupos liofílicos como liofóbicos en sus estructuras químicas; si el 
disolvente es el agua, los primeros se denominan hidrofílicos y los segundos 
13 
 
hidrofóbicos (Karsa, 2006). Los fosfolípidos y las proteínas son ejemplos de 
compuestos tensoactivos. Los primeros poseen cadenas hidrocarbonadas 
hidrófobas y un grupo hidrófilo, claramente diferenciados y separados en la 
molécula en cuestión. Un ejemplo de tensoactivo de bajo peso molecular es la 
fosfatidilcolina (Figura 1.3), el cual se puede extraer de fuentes naturales como la 
soya y la yema de huevo. 
 
 
Figura 1.3. Estructura de la lecitina, un tensoactivo de bajo peso molecular. (a) 
fórmula estructural, (b) modelo de espacios llenos y vacíos y (c) estructura 
simbólica de la lecitina (adaptado de Reece et al., 2010). 
 
La fosfatidilcolina está formada por una molécula de glicerol unida en las 
posiciones sn1 y sn2 a dos ácidos grasos por enlaces éster constituyendo la región 
hidrófoba, las cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos pueden ser saturadas 
o insaturadas con un número de carbonos que van de 14 a 22. La región hidrófila 
está constituida por un grupo fosfato directamente unido al glicerol en el carbono 
sn3, al grupo fosfato cual se enlaza una amina cuaternaria llamada colina (Blank et 
al., 1966; Reece et al., 2010). 
(a) (b) (c) 
14 
 
Por su parte, las proteínas son macromoléculas construidas por al menos 20 
monómeros distintos (Cuadro 1.3) unidos en una secuencia definida (estructura 
primaria), que conforme son sintetizadas se pliegan asemejando geométricamente 
hélices o láminas estabilizados por puentes de hidrógeno (estructura secundaria). 
 
Cuadro 1.3. Estructuras químicas de los aminoácidos proteínicos (Velíšek, 2014). 
Nombre 
trivial 
(Código) 
Estructura 
Nombre 
trivial 
(Código) 
Estructura 
Glicina (G)1 
 
L-Leucina (L)1 
 
L-Alanina (A)1 
 
L-Isoleucina 
(I)1 
 
L-Valina (V)1 
 
L-Prolina (P)1 
 
L-Triptófano 
(W)1 
 
L-Tirosina (Y)1 
 
L-Fenilalanina 
(F)1 
 
L-Arginina (R)2 
 
L-Lisina (K)2 
 
L-Histidina 
(H)2 
 
Ácido L-
aspártico (D)2 
 
Ácido L-
glutámico (E)2 
 
L-Serina (S)2 
 
L-Cisteína (C)2 
 
L-Treonina 
(T)2 
 
L-Metionina 
(M)2 
 
L-Asparagina 
(N)2 
L-Glutamina 
(Q)2 
 
1 Aminoácidos hidrófobos y 2 aminoácidos hidrófilos 
15 
 
Una cadena de proteína puede presentar regiones con distintas proporciones de 
estructuras secundarias, y plegarse para formar glóbulos (estructura terciaria) 
estabilizados por interacciones puente de hidrógeno, iónicas o enlaces disulfuro 
(Magdassi y Kamyshny, 1996).Debido a las diferencias moleculares entre los tensoactivos de bajo peso molecular 
y las proteínas, el proceso de adsorción en interfases fluidas y las características de 
las películas adsorbidas presentan diferencias importantes que impactan sobre las 
características y estabilidad de los sistemas coloidales en los cuales son aplicados 
como tensoactivos (Figura 1.4 y Figura 1.5). 
 
 
Figura 1.4. Perfil típico de abatimiento de la tensión de interfase producido 
tensoactivos en solución diluida. Línea continua perfil producido por proteínas, 
línea discontinua perfil producido por tensoactivos de bajo peso molecular 
(Basado en Beverung et al., 1999). 
 
Durante la adsorción en interfases fluidas tanto de tensoactivos de bajo peso 
molecular como de proteínas se pueden presentar dos o tres patrones distintos de 
descenso de la tensión de interfase en función del tiempo. En la Figura 1.4, se 
representan curvas de tensión de interfase generales para un tensoactivo de bajo 
peso molecular (línea discontinua) y para una proteína (línea continua). Mientras 
que en el Cuadro 1.4 se presenta un resumen de los valores que puede tomar 
16 
 
tanto la tensión de interfase o superficie como la concentración superficial. 
La etapa I, también nombrada como etapa o periodo de inducción, puede 
presentarse cuando la concentración del tensoactivo en fase acuosa es muy baja, 
por ejemplo para el tensoactivo C12E5 se presenta a concentraciones en fase 
acuosa menores de 8.7×10-3 moldm-3 (Eastoe y Dalton, 2000), mientras que para 
diversas proteínas se presenta a concentraciones de entre el 0.001 y el 0.1 % 
(Beverung et al., 1999), a mayores concentraciones que las mencionadas para 
tales tensoactivos, la etapa I disminuye sustancialmente su extensión o 
desaparece. 
 
Cuadro 1.4. Concentración de interfase y la tensión de interfase para las distintas 
etapas de adsorción de anfífilos en interfases fluidas 
 
Tipo de anfífilo Etapa I Etapa II Etapa III 
Tensoactivo de bajo 
peso molecular 
Γ𝑖~0 
ς~ς𝑖 
0 < Γ𝑖 < Γ𝑒𝑞 
ς𝑖 < ς < ς𝑒𝑞
1 
Γ𝑖 = Γ𝑒𝑞 
ς = ς𝑒𝑞 
Proteínas 
Γ𝑖~0 
ς~ς𝑖 
0 < Γ𝑖 < Γ𝑒𝑞 
ς𝑖 < ς < ς𝑒𝑞 
𝑎)Γ𝑖 = Γ𝑒𝑞; ς~ς𝑒𝑞 
b) Γ𝑖 = Γ𝑒𝑞; ς = ς𝑒𝑞 
1 ς𝑖 representa a ς𝑔𝑙 o a ς𝑙𝑙 
 
Durante la etapa de inducción, aparentemente no hay cambios en la interfase, 
usualmente el valor de la tensión se corresponde con el valor de tensión de la 
interfase formada por las fases puras involucradas (Cuadro 1.4). Sin embargo, el 
tensoactivo comienza a difundirse hacia la capa inmediatamente adyacente a la 
superficie o la interfase, es decir, a la subsuperficie o subinterfase 
respectivamente, desde la cual es adsorbida (Beverung et al., 1999; Eastoe y 
Dalton, 2000). 
Una vez que el tensoactivo comienza a adsorberse en la interfase, se presenta el 
comportamiento exhibido por la etapa II. El proceso de adsorción para los 
tensoactivos de bajo peso molecular implica la adsorción en la interfase al mismo 
17 
 
tiempo que toman la orientación debida. En cambio, para las proteínas implica el 
desplegamiento de la estructura terciaria debido a que los grupos funcionales 
hidrófobos se orientan e interaccionan con la fase hidrófoba, es decir, implica la 
desnaturalización de la estructura que toma la proteína en fase acuosa (Figura 
1.5). 
Una vez que en la interfase se alcanza un valor constante de concentración 
superifical, Γ𝑒𝑞, para los tensoactivos de bajo peso molecular se alcanza un valor 
estatico de tensión de interfase, que se correpsonde con la tensión de equilibrio, 
ς𝑒𝑞. Sin embargo, las proteínas adsorbidas aun cuando se haya alcanzado la Γ𝑒𝑞, la 
tensión continua descendiendo aunque con menor rapidez hasta observarse una 
meseta, el descenso lento de la tensión de interfase a una Γ𝑒𝑞 implica que tienden 
a desplegarse en una conformación energéticamente cada vez más favorable 
(Región III), proceso que puede llevar horas o días (Beverung et al., 1999). 
 
 
Figura 1.5. Procesos de adsorción de tensoactivos en interfases fluidas. (a) 
Proteínas y (b) tensoactivos de bajo peso molecular (Wilde, 2000). 
 
(a) (b) 
18 
 
La rapidez con la que los tensoactivos pasan desde la subinterfase hacia la 
interfase, se ha explicado a través de dos modelos, el disufivo y el cinético (Eastoe 
y Dalton, 2000). En el primero, las moléculas de tensoactivo se difunden desde el 
seno de la solución hacia la subinterfase, una vez allí, se adsorben directamente a 
la interfase, para describir este fenómeno se ha empleado el modelo representado 
por la Ec. 22 
πi = 2C0KT (
Dt
π
)
1/2
= kdift
0.5 (22) 
En dónde πi, representa a la presión de superficie la cual se define como 
πi = ς0 − ς; ς0 es la tensión de interfase del líquido puro y ς es la tensión de 
interfase (sea estática o dinámica) producida por una película de monocapa 
adsorbida en la interfase (Hoorfar y Neumann, 2006), C0 es la concentración inicial 
de la proteína en la fase acuosa, D es el coeficiente de difusión, K es la constante 
de Boltzmann, T es la temperatura absoluta y t es el tiempo. Si la difusión a la 
interfase controla el proceso de adsorción, la variación de la πi contra t
1/2 será 
lineal y la pendiente de la gráfica representará una constante de difusión aparente, 
kdif (Eastoe y Dalton, 2000; Tang y Shen, 2015). 
En el modelo cinético se supone que el monómero difunde desde el seno de la 
solución hacia la subinterfase, pero el proceso de control de la velocidad de 
adsorción es la transferencia del tensoactivo desde la subinterfase a la interfase. 
Para el análisis de este caso se ha empleado un modelo fenomenológico de primer 
orden, Ec. 23, que ayuda a monitorear los procesos de penetración, 
desplegamiento y rearreglo estructuras de las proteínas adsorbidas (Tang y Shen, 
2015): 
In (
πf−πi
πf−π0
) = −k𝑖t (23) 
 
En donde πf es la presión de interfase final registrada, πi la presión superficial al 
tiempo t0, π0 la presión superficial inicial, y k𝑖 la constante cinética que en 
19 
 
función de la etapa de adsorción tratada representará la velocidad de penetración 
(k𝑃, etapa II) o la velocidad de rearreglo (k𝑅, etapa III). 
En el modelo cinético se supone la existencia de una barrera que impide o 
restringe el paso del tensoactivo desde la subinterfase hacia la interfase. Dicha 
barrera puede deberse a una mayor π𝑖, a que exista menos espacio disponible 
para la adsorción, a un fenómeno de repulsión electrostática o a restricciones 
estéricas de la molécula en la proximidad de la interfase por no presentar en el 
momento la orientación adecuada para ser adsorbida (Eastoe y Dalton, 2000). 
Partiendo de soluciones diluidas, las proteínas podrían formar monocapas de 
moléculas completamente desplegadas en las interfases, pero al aumentar la 
concentración en fase acuosa, y con ello aumentar el valor de Γ𝑒𝑞 las cadenas 
proteínicas comienzan a presentar nuevos plegamientos (Graham y Phillips, 1979). 
El acomodo de los tensoactivos de bajo peso molecular en la interfase produce 
películas adsorbidas densas y fluidas. En contraste las moléculas de proteínas 
además de desnaturalizarse, pueden interactuar con las moléculas vecinas a través 
de fuerzas electrostáticas, interacciones hidrofóbicas y enlaces disulfuro, 
formando así películas adsorbidas viscoelásticas, Figura 1.5a (Wilde, 2000). Ambos 
tipos de películas adsorbidas exhiben una respuesta muy distinta ante 
perturbaciones que impliquen el aumento y la contracción repentina del área 
superficial. Los tensoactivos de bajo peso molecular reestablecen rápidamente el 
valor de tensión previo al cambio de área superficial, desorbiendose en caso de 
contracción o adsorbiéndose en caso de expansión de la interfase, no así las 
proteínas, las cuales además de ser de mayor tamaño molecular, forman 
interacciones intercadena que tendrían que romperse para desorberse (Graham y 
Phillips, 1979).Hasta aquí se ha hecho referencia al modelo termodinámico formulado por Gibbs 
20 
 
que permite fundamentar los fenómenos de adsorción de tensoactivos en 
interfases fluidas, sin embargo, considerando que las películas adsorbidas de 
proteínas exhiben propiedades mecánicas que proveen de resistencia a las 
interfases, es necesario abordar también el modelo de Young-Laplace, en el cual 
no se considera como tal una energía libre de interfase, sino más bien a una fuerza 
contráctil por unidad de longitud que actúa sobre la interfase paralela a ésta 
(Lyklema, 2000). 
1.1.5. Modelo de Young-Laplace para interfases fluidas 
El estudio de los fenómenos debidos a los procesos de adsorción de tensoactivos 
en las interfases fluidas puede ser abordado, considerando la existencia de una 
fuerza contráctil por unidad de longitud que actúa sobre la interfase de manera 
paralela a la misma, también denominada tensión de interfase y representada por 
ς, con las dimensiones mN/m equivalentes a aquellas de la energía libre de 
interfase (mJ/m2) (Lyklema, 2000). 
En contraste al modelo de Gibbs, que considera una interfase plana, el modelo de 
Young-Laplace considera la curvatura de la interfase fluida (Myers, 1999), además 
de que permite estimar la tensión de interfase haciendo un balance contra la 
fuerza de gravedad (Hoorfar y Neumann, 2013). Así este modelo establece una 
relación entre la tensión de interfase (ς), la diferencia de presiones a través de la 
interfase curva (∆P) y los radios de curvatura de la interfase considerada 
(R1 y R2), Ec. 24 (Lyklema, 2000). 
∆P = ς (
1
R1
+
1
R2
) (24) 
Cuando la diferencia de presiones incluye además a la presión hidrostática de la 
gota pendiente, ∆Ph = ∆ρgh, la Ec. 18 toma la siguiente forma: 
21 
 
∆P0 + ∆ρgh = ς (
1
R1
+
1
R2
) (25) 
En dónde ∆P0 es la diferencia de presiones en un plano de referencia, ∆ρ es la 
diferencia de densidades entre las fases involucradas en la formación de la 
interfase, g es la aceleración debida a la gravedad y h es la altura vertical de la 
gota medida desde el plano de referencia. 
La ecuación de Young-Laplace, Ec. 25, ha sido empleada como fundamento de 
diversos métodos usados para estimar la tensión de interfase, tanto dinámica 
como de equilibrio. Actualmente los tensiómetros de gota pendiente, se basan en 
el análisis de los perfiles de la forma de una gota pendiente de un líquido puro o 
de una disolución de tensoactivo, formada en el extremo de un capilar (Tamm et 
al., 2012). En la Figura 1.6 se muestra la forma general del procedimiento que 
siguen los tensiómetros de gota pendiente. 
La tensión de interfase puede determinarse al ajustar las coordenadas que 
corresponden al contorno del perfil de la gota pendiente capturada en imagen 
bidimensional a la Ec. 25, empleando a la tensión de interfase como parámetro de 
ajuste, obteniendo así una familia de curvas teóricas. La curva que presente el 
mejor ajuste de los datos experimentales corresponde al valor óptimo de tensión 
de interfase (Sinterface Technologies, 2005). 
 
22 
 
 
Figura 1.6. Análisis axisimétrico del perfil de una gota pendiente. (a) Imagen de 
una gota axisimétrica tomada por la cámara digital de un tensiómetro de gota 
pendiente, (b) familia de curvas de ajuste del contorno de la imagen de la gota y 
(c) diagrama de flujo del procedimiento general del análisis de los perfiles de 
forma de gotas (Basado en Hoorfar y Neumann, 2006). 
 
1.1.6. Reología dilatacional de interfases fluidas 
La reología de interfases trabaja con la respuesta a deformaciones impuestas, ya 
sea a películas adsorbidas de Gibbs o a películas adsorbidas de Langmuir, ambas 
en interfases fluidas. El módulo de elasticidad, E, (Ec. 26) fue introducido por 
Gibbs como una variable de resistencia a la deformación de una película adsorbida 
de tensoactivo. Gibbs se refirió a la elasticidad (E) de una delgada película de un 
tensoactivo formada en la interfase líquido-aire (Gibbs, 1875-1876). 
 E =
dσ
dLnA
 (26) 
Donde ς representa la tensión de interfase y A el área total de la interfase. 
Gibbs demostró que si dicha película es sometida a un estrechamiento local, la 
tensión de superficie de tal sección de área disminuirá debido a que el tensoactivo 
23 
 
se encontrará en mayor concentración en la interfase y en cambio cualquier 
incremento del área de interfase, conducirá a la disminución de la concentración 
de soluto dentro de la película y por lo tanto da origen a un aumento en la tensión 
de interfase en el equilibrio. 
Sin embargo, E de la Ec. 27 puede presentar contribuciones viscosas y elásticas, en 
el caso más simple E presenta un valor límite E0, determinado por la relación de 
equilibrio entre la tensión de interfase y la concentración de exceso, Γ2: 
E0 = ⌈
−dσ
dLnΓ2
⌉
𝑒𝑞
 (27) 
El caso descrito por la Ec. 27 implica dos condiciones: la primera es que la relación 
de Γ2 × A es constante y la segunda que la tensión de interfase debe estar 
equilibrada con el cambio en el valor de Γ2 dentro de la escala de tiempo del 
cambio en el área (Benjamins et al., 2006), en general, E depende de Γ2 
(Pelipenko, 2012). 
Cuando se presentan procesos de relajación en la interfase que afectan el valor del 
módulo de elasticidad dentro del tiempo de observación, se pueden presentar 
desviaciones al caso descrito por Ec. 27. En tales casos E es viscoelástico, con un 
componente elástico que da cuenta de la recuperación de energía almacenada en 
la interfase, mientras que la energía perdida durante el proceso de relajación 
refleja la contribución de un componente viscoso de interfase (Benjamins et al., 
2006). 
Experimentalmente la tensión de interfase puede ser estudiada en estado 
estacionario o en estado transiente. La reología de interfases estudia la respuesta 
de las interfases fluidas a la deformación ya sea en modo de cizalla, la cual 
consiste de cambios en la forma de un área superficial constante, o en modalidad 
de deformación dilatacional en la que se provocan cambios en la magnitud del 
24 
 
área superficial manteniendo una forma constante. En cualquiera de los dos 
modos, una interfase al ser deformada buscará restaurar su estado inicial, sin 
embargo, tratándose de películas adsorbidas en la interfase se ha observado que 
la restauración de la película de interfase es parcial, lo cual significa que la 
interfase exhibe simultáneamente tanto características elásticas como viscosas 
(Pelipenko, 2012). A este comportamiento de las interfases se le conoce como 
viscoelasticidad de interfase, la cual es en última instancia una derivación de la 
elasticidad de la interfase, E. 
Por otro lado, la viscoelasticidad de interfase aparece cuando los procesos de 
relajación que tienen lugar en la interfase afectan tanto a la ς como a Γ. La 
viscoelasticidad de superficie se puede estimar mediante equipos de tensiometría 
de gota pendiente, los cuales actualmente permiten provocar cambios al área de 
interfase mediante deformaciones de compresión/expansión, obteniendo así una 
respuesta a cambios en el área. Este tipo de tensiómetros puede realizar pruebas 
reológicas de dilatación a través de variaciones armónicas de ciclos de 
expansión/compresión (Ec. 28), lo que implica también la estimación de la 
respuesta de la tensión de interfase a tal cambio en el área (Ec. 29); en estos casos 
la tensión de interfase oscila a la misma frecuencia que el área, sin embargo, con 
un desplazamiento de fase (ángulo de desfase) (Rühs et al., 2013). 
A = A0 + ΔA(senωt) (28) 
ς = ςeq + Δς(senωt + δ) (29) 
Dónde 𝐴0 es el área de interfase inicial, ∆𝐴 es la amplitud de la oscilación 
impuesta en el área de interfase, ω es la frecuencia de la oscilación, ςeq la tensión 
de interfase de equilibrio, previo a la aplicación de la deformación del área y ∆ς la 
amplitud de la oscilación de tensión de interfase, t representa el tiempo y δ elángulo de desfase de la tensión de interfase de respuesta respecto a la 
25 
 
deformación aplicada. En tal caso, Ev, es un número complejo, con una parte real 
Ed, que representa al módulo de almacenamiento y que es igual a la elasticidad de 
interfase y una parte imaginaria Eη, que es el módulo de pérdida dado por el 
producto de la viscosidad de interfase y de las variaciones de ω la zona (Ec. 30) 
(Benjamins y Lucassen-Reynders, 2009). 
 Ev = Ed + Eη = Ed + iωηd (30) 
1.2. Proteínas del gluten de trigo 
1.2.1. Características químicas de las proteínas del gluten de trigo 
Las proteínas del trigo han sido agrupadas por su solubilidad diferencial en 
distintos disolventes en cuatro fracciones proteínicas (Osborne, 1907), sin 
embargo, cada una de estas fracciones es en realidad un grupo heterogéneo 
conformado por proteínas relacionadas por su movilidad electroforética, sus pesos 
moleculares y su estructura primaria (Lookhart y Bean, 2000; Wieser, 2007). 
Agrupadas por su solubilidad diferencial en distintos disolventes, las proteínas del 
gluten se clasifican en dos principales fracciones: las gliadinas, las cuales son 
solubles en soluciones acuosas de etanol al 70 % y en ácido acético glacial, 
ligeramente solubles en agua e insolubles en alcohol absoluto y las gluteninas, que 
presentan solubilidad en soluciones diluidas de ácidos y álcalis, son insolubles en 
agua y alcohol (Osborne, 1907). 
En forma nativa poseen en sus estructuras primarias alrededor del 48.8 % de 
residuos de aminoácidos polares no ionizables, de los cuales la glutamina 
representa aproximadamente dos terceras partes; el 8 % de aminoácidos 
ionizables, de los cuales una tercera parte son aminoácidos ácidos, y el 38.8 % de 
aminoácidos no polares, de los cuales la prolina representa una tercera parte (Krull 
y Wall, 1969). La alta concentración de aminoácidos no polares, la escasez de 
26 
 
aminoácidos ionizables y la formación de puentes de hidrógeno entre las cadenas 
laterales de los aminoácidos polares no ionizables, son la causa de que las 
proteínas del gluten de trigo sean insolubles en solución acuosa a pH neutro (Day 
et al., 2006; Krull e Inglett, 1971; Liao et al., 2010a; Wu et al., 1976). 
En el Cuadro 1.5 se muestra la composición parcial de aminoácidos y los pesos 
moleculares de las gliadinas y las gluteninas (Wieser, 2007). En la Figura 1.7, se 
muestra la estructura primaria de la gliadina 𝛼. 
 
Cuadro 1.5. Composición de las proteínas presentes en el gluten (Wieser, 2007). 
 
Tipo 
P.M. 
× 10-3 
Proporcióna 
(%) 
Composición parcial de aminoácidos (%) 
Glutamina Prolina Fenilalanina Tirosina Glicina 
Gliadinas ω5 49-55 3-6 56 20 9 1 1 
Gliadinas ω1,2 39-44 4-7 44 26 8 1 1 
Gliadinas α/β 28-35 28-33 37 16 4 3 2 
Gliadinas γ 31-35 23-31 35 17 5 1 3 
SG-x-APM 83-88 4-9 37 13 0 6 19 
SG-y-APM 67-74 3-4 36 11 0 5 18 
SG-BPM 32-39 19-25 38 13 4 1 3 
aDe acuerdo al total de proteínas del gluten. 
 
Las gliadinas son una mezcla heterogénea de polipéptidos con pesos moleculares 
entre 28 y 55 kDa. De acuerdo con su movilidad en electroforesis en geles de 
poliacrilamida en medio ácido se dividen en cuatro grupos: gliadinas α (que es el 
grupo de mayor movilidad), β, γ y ω (que es el grupo de menor movilidad) 
(Gianibelli et al., 2001). Las gliadinas son proteínas monoméricas que interactúan 
por fuerzas no covalentes (Wieser, 2007). Gracias a investigaciones sobre su 
estructura primaria se ha observado que las gliadinas α y β caen dentro de un 
mismo grupo de proteínas (grupo de las gliadinas α/β) mientras que se han 
distinguido varios tipos de gliadinas ω. 
 
27 
 
 
Figura 1.7. Estructura primaria de la gliadina 𝛼 (Fasano, 2011). 
 
Las gliadinas ω se caracterizan por altos niveles de glutamina, prolina y 
fenilalanina, los cuales representan más del 80 % del total de residuos de 
aminoácidos y por no poseer cisteína. Todas las gliadinas presentan una baja 
proporción de aminoácidos iónicos (histidina, arginina, lisina y grupos carboxilo 
libres del ácido aspártico y del ácido glutámico) (Gianibelli et al., 2001). 
Basados en la estructura primaria y el tamaño de los polipéptidos que forman sus 
polímeros, las gluteninas se han dividido en dos subunidades moleculares (Cuadro 
1.5): las subunidades de alto peso molecular (SG-APM) con pesos moleculares 
entre 67 y 88 kDa y las subunidades de bajo peso molecular (SG-BPM) con pesos 
entre 32 y 35 kDa (Wieser, 2007; Gianibelli et al., 2001). Las gluteninas nativas se 
componen de un esqueleto formado por SG-APM y de SG-BPM como 
28 
 
ramificaciones de las SG-APM. Después de la reducción de los enlaces disulfuro, 
las subunidades resultantes de glutenina muestran una solubilidad en alcoholes 
acuosos similar a la de las gliadinas. Los enlaces no covalentes tales como el 
puente de hidrógeno, los enlaces iónicos y los enlaces hidrofóbicos son 
importantes para la agregación de las gliadinas y gluteninas (Wieser, 2007). 
1.2.2. Propiedades tensoactivas de las proteínas del gluten 
Las propiedades tensoactivas de las proteínas del gluten se han investigado tanto a 
partir de películas de Gibbs como de películas de Langmuir. Mediante estudios con 
una balanza de película de monocapa, se ha determinado el efecto del pH, la 
temperatura, la concentración y el tipo de electrolito sobre la presión de interfase 
de películas de gluten expandidas en las interfases aceite-agua y aire-agua. 
Las proteínas del gluten forman películas compresibles y estables en las interfases 
aceite-agua y aire-agua; la presión de interfase gas-líquido y líquido-líquido de las 
películas es afectada principalmente por el pH, el área a un mismo valor de π 
presenta dos valores mínimos (pH 5.5 y 8.5) y un máximo (pH 7.5) (Tschoegl y 
Alexander, 1960a). Se ha observado que la presión superficial final de compresión 
de películas de gluten formadas en interfases fase acuosa-aire (0.2 mg de gluten 
para 927 cm2 de área total) que contienen electrolitos (Na+, K+ y Ca2+) varía 
tanto por la concentración, el tipo de electrolito y la temperatura. En comparación 
con el agua pura, la presencia de electrolitos en la fase acuosa lleva a una 
reducción de la presión superficial final de compresión. A bajas concentraciones 
de electrolitos (<0.05M) no se observa influencia del tipo de catión, en contraste, a 
altas concentraciones (0.05 a 0.5 M), los cationes divalentes (Ca2+) producen 
películas con mayor presión superficial final de compresión, que los cationes 
monovalentes (K+, Na+). El aumento en la temperatura provoca que los valores 
de resistencia a la compresión disminuyan (Balla et al., 1998). 
29 
 
El gluten presenta actividad de superficie en medio acuoso (amortiguador de 
acetato 0.1 M) a un pH alrededor de 4, comparable a la que presentan la albúmina 
sérica bovina y la caseína bovina a pH neutro, esto debido a que el gluten presenta 
una solubilidad considerable a dicho pH, lo que permite su uso en fase acuosa. La 
disminución de la tensión de interfase gas-líquido causada por el gluten es 
dependiente del tiempo y de la concentración, el cambio de ς con respecto a la 
concentración de gluten presenta una inflección a una concentración del 0.01 % 
de gluten, sin embargo, a partir de esa concentración no se observa un plateau en 
la tensión superficial al aumentar la concentración, como se observa para la 
albúmina sérica bovina y la caseína 𝛽 bovina, esto es atribuido a que algunas de 
las proteínas del gluten son adsorbidas más rápidamente en la interfase 
provocando un rápido abatimiento de ς, mientras que otras proteínas se adsorben 
más lentamente, lo cual se observa como un abatimiento menor y continuo al 
paso del tiempo (Takeda et al., 2001). 
Se ha encontrado que las gliadinas presentan mayores abatimientos de la tensión 
superficial que las gluteninas (Keller et al., 1997; Takeda et al., 2001). Lo cual en 
parte puede explicarse debido a quelas moléculas pequeñas tienen un mayor 
coeficiente de difusión y por lo tanto tienen mayor potencial para cambiar la 
tensión en la interfase más rápidamente que las moléculas de mayor tamaño 
(Wilde, 2000). Por pruebas de adsorción competitiva a la interfase (0.175 mg de 
las proteínas inyectadas en la subfase directamente), se ha encontrado que las 
gliadinas pueden desplazar en mayor proporción a las gluteninas de la interfase 
que las globulinas y las albúminas, estas últimas proteínas presentes en el grano 
de trigo (Keller et al., 1997). La adsorción de las diferentes gliadinas (α, β, γ y ω) 
del gluten de trigo sobre partículas de superficie hidrofóbica suspendidas en 
amortiguador de fosfatos 0.01 M, pH 6.0, a concentraciones de entre 0.001 % y 
0.0025 % (p/v), es dependiente de la concentración y del tipo de gliadina, siendo 
mayor la adsorción para las α-gliadinas seguidas de las gliadinas β y γ, las gliadinas 
30 
 
ω presentan la menor cantidad adsorbida, lo que sugiere que las gliadinas α se 
agregan a la interfase a una extensión mayor que las demás fracciones. Las 
mediciones de adsorción secuencial indicaron que las gliadinas α, β y γ pueden 
bloquear la adsorción de las gliadinas ω (Örnebro et al., 1999). Comparada con la 
glicina de soya, a pH de 6.7, la gliadina presenta una mayor velocidad de 
adsorción, así como un mayor abatimiento de la ς, mientras que comparada con la 
caseína β a tiempos cortos (< 50 min) la velocidad de adsorción y el abatimiento 
de la ς es menor. A tiempos largos el abatimiento de la tensión superficial es 
mayor para la gliadina que para las otras dos proteínas (Bos et al., 2003). 
Las cuatro fracciones proteínicas del gluten son capaces de producir un aumento 
de la presión superficial en interfases en las que previamente se habían adsorbido 
lípidos, siendo las gliadinas seguidas de las gluteninas las más eficientes para este 
incremento de presión superficial adicional, sin embargo, cuando la presión 
superficial conseguida con los lípidos fue mayor a 37 mN/m, ninguna de las 
fracciones proteínicas es capaz de producir un aumento adicional de la presión 
superficial. Las mezclas de lípidos de trigo pueden llegar a una presión superficial 
de aproximadamente 50 mN/m (Keller et al., 1997). 
1.2.3. Modificaciones en las proteínas del gluten de trigo mediante 
tratamiento térmico-ácido 
La modificación de las proteínas tiene como objetivo causar cambios en sus 
características intrínsecas, entre ellas, tamaño molecular, forma, flexibilidad, 
solubilidad, carga eléctrica e hidrofobicidad, con la finalidad de mejorar o 
proveerles de alguna función, por ejemplo, como tensoactivo (Wilde, 2000). Las 
proteínas del gluten presentan solubilidad parcial en fase acuosa a pH ácido así 
como propiedades espumantes y emulsionantes (Takeda et al., 2001). La 
solubilidad y las capacidades emulsionante y espumante del gluten pueden 
31 
 
extenderse a fases acuosas a pH neutro a través de la desamidación (Liao et al., 
2010b). La obtención de péptidos solubles en agua a pH neutro, a partir de 
proteínas del gluten de trigo en suspensión acuosa en condiciones ácidas suaves 
sometidas a un tratamiento térmico ya ha sido reportada anteriormente. La 
desamidación de la glutamina y de la asparagina se puede llevar a cabo por medio 
de tratamiento químico (a condiciones ácidas o básicas), enzimático o térmico. El 
tratamiento químico es el más comúnmente empleado para la desamidación del 
gluten (Day et al., 2006). La desamidación bajo condiciones ácidas se ha realizado 
con ácido clorhídrico y mediante ácidos orgánicos como el acético, cítrico y 
succínico (Day et al., 2006; Liao et al., 2010a). 
Dicho tratamiento produce en principio la desamidación de los grupos amida de 
los residuos de glutamina y asparagina contenidos en las proteínas del gluten de 
trigo, así como también la hidrólisis de enlaces peptídicos, obteniéndose así 
péptidos hidrosolubles a pH neutro (Berti et al., 2007; Day et al., 2009; Friedli y 
Howell, 1996; Krull e Inglett, 1971; Liao et al., 2010a y b; Liao et al., 2012; 
Matsudomi et al., 1982; Mimouni et al., 1994; Schwenke, 1997; Shih, 1996; Wu et 
al., 1976). La desamidación catalizada mediante un ácido (nucleófilo), es una 
reacción hidrolítica (Figura 1.8) que requiere de una molécula de agua. Un ácido 
HA cataliza la reacción al protonar el grupo amida de la cadena lateral del 
aminoácido, de tal manera que la base conjugada, A−, puede atacar al carbono del 
carbonilo del grupo amida o puede activar algún otro nucleófilo que ataque al 
carbono de la amida, por ejemplo, activar al OH− mediante la sustracción de un 
protón de una molécula de agua. La reacción rinde el correspondiente ácido 
carboxílico en el residuo de aminoácido, ahora desamidado, más un ión amonio en 
solución (Wright, 1991). 
32 
 
 
Figura 1.8. Mecanismo general de desamidación ácida de la glutamina y 
asparagina. HA es un ácido y 𝐴− es la base conjugada que puede funcionar como 
nucleófilo (Wright, 1991). 
 
La desamidación bajo condiciones alcalinas con hidróxido de sodio conduce a la 
formación de una imida cíclica intermedia entre el nitrógeno peptídico de la 
proteína y el grupo carbonilo de la amida de la glutamina o la asparagina (Day et 
al., 2006; Liao et al., 2010a; Schwenke, 1997). Se ha reportado la desamidación 
enzimática empleando transglutaminasa y peptidoglutaminasa. La desamidación 
térmica se ha llevado a cabo a condiciones de bajo contenido de agua 
(aproximadamente 50 %) a una temperatura de 115 ℃ por 2 horas (Schwenke, 
1997). 
En el proceso de desamidación, el tipo y concentración de ácido empleado, la 
temperatura y el tiempo de reacción afectan tanto el grado de desamidación, el 
grado de hidrólisis como la conformación de las moléculas de las proteínas del 
gluten de trigo y con ello también las propiedades como tensoactivo que puede 
llegar a presentar una vez modificado. Se ha encontrado que la solubilidad del 
gluten aumenta hasta valores por arriba del 88 % cuando es tratado con 
concentraciones de ácido clorhídrico menores de 0.1 N en combinación con 
33 
 
tiempos cortos de desamidación (<30 minutos) a temperatura de 121 ℃, mientras 
que el tratamiento con ácido acético produce cambios similares a los mismos 
tiempos y temperatura pero a concentraciones de 3.5 a 8.75 N (Wu et al., 1976). A 
70 ℃ por 2 horas el tratamiento con ácido clorhídrico causa un desfase en el pH de 
mínima solubilidad del gluten; a pH de 4 a 4.5 se ha observado la menor 
solubilidad del gluten nativo, mientras que la solubilidad del gluten desamidado 
aumenta a ese mismo intervalo de pH a valores mayores o iguales al 50 % 
(Mimouni et al., 1994). A pH ácido (pH de 2 a 3), la solubilidad del gluten 
desamidado es menor que la presentada por el gluten nativo (Day et al., 2009; 
Mimouni et al., 1994). A pH mayor de 6, el gluten desamidado presenta una 
densidad de carga superficial negativa. Además de las condiciones de proceso y el 
pH, la presencia de sales en fase acuosa afecta la solubilidad del gluten 
desamidado, en presencia de NaCl el gluten desamidado presenta menores 
solubilidades que las observadas sin la presencia de sal (Day et al., 2009). La 
desamidación ácida puede causar la división de los enlaces peptídicos 
produciendo cadenas proteínicas de bajo peso molecular, lo que contribuye a la 
mejora de la solubilidad del gluten (Day et al., 2006; Schwenke, 1997). 
En general, el gluten tratado con ácido clorhídrico presenta un menor contenido 
de nitrógeno proveniente de los grupos amida que el gluten tratado con ácido 
acético a los tiempos y concentraciones de ácido a los que se presentan 
solubilidades similares con ambos tratamientos, el aumento en el grado de 
hidrólisis que se ve reflejado en la desaparición de bandas, en los patrones 
electroforéticos en gel, que corresponden a altos pesos moleculares, se ha 
apreciado cambios