Agregación y gelificación de proteínas - Jaqueline Avila Rico

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PROPIEDADES RELACIONADAS CON 
INTERACCIÓN PROTEÍNA –PROTEÍNA
Formación de Geles y Masas Proteicas
Dra. Ma. Florencia Balzarini
Formación de Geles
Los geles de proteínas están formados por
matrices tridimensionales o mallas de
polipéptidos parcialmente asociados en
los cuales existe agua retenida
Formación de Geles
La habilidad de una proteína de
formar geles y proveer una matriz
estructural para retener agua,
sabores, azúcares y demás
ingredientes es utilizada en diversas
aplicaciones
✓ Productos lácteos (yogurt)
✓ Huevo (omelete)
✓ Gelatina
✓ Productos de carne o pescado
triturados y calentados
✓ Masas panarias
✓ Proteínas vegetales texturizadas
por extrusión o hilado
✓ etc.
Formación de Geles
La gelificación proteica no se aplica
solamente para la formación de geles
sólidos viscoelásticos, sino también para
mejorar la adsorción de agua, el
espesado, la unión de partículas
(adhesión) y para estabilizar emulsiones
y espumas
Nomenclatura asociada al fenómeno de gelificación que 
involucran la interacción proteína –proteína 
•Término general que describe diferentes tipos de interacción proteína-proteína
incluyendo la floculación, coagulación y gelificación. Formación de grandes complejos
por interacciones proteína- proteína
Agregacio ́n
•Reacciones de agregación conducentes a una pérdida total o parcial de solubilidad 
que conduce a la separación de la solución. Puede ocurrir con o sin desnaturalización Precipitacio ́n
•Reacciones de agregación desordenada que se producen en ausencia de
desnaturalización debido a interacciones proteína-proteína al azar y que a menudo se
originan a causa de la desaparición de repulsiones electrostáticas entre cadenas. No
involucra cambios conformacionales de importancia
Floculacio ́n
•Agregación desordenada que implica cambios conformacionales importantes (como
desnaturalización) en las que predominan las interacciones proteína-proteína con
relación a las interacciones proteína-disolvente, lo que conduce a la formación de un
coágulo → coágulo grosero
Coagulacio ́n
•Agregación ordenada que involucra cambios conformacionales de importancia (como
desnaturalización) y la formación de una red proteicaGelificacio ́n
DESDE EL PUNTO DE 
VISTA 
MICROESTRUCTURAL
geles formados por 
una red de 
filamentos finos
formados por una asociación 
ordenada (homogénea) de 
moléculas de proteínas y el 
grosor de los filamentos es muy 
pequeño de tal forma que estos 
geles son transparentes
1a → involucra la asociación física (no 
covalente) entre las cadenas 
proteicas: GELATINA. Estos geles 
retienen mucha agua y son 
termorreversibles 
1b → PROTEÍNAS GLOBULARES. Las 
moléculas se asocian en forma 
covalente y no covalente conformando 
un filamento de pequeñas partículas
geles agregados o 
particulados
La formación de geles 
agregados ocurre a pHs 
cercanos al pI, por 
desnaturalización parcial de 
la proteína o por la 
presencia de sales
Los geles agregados son 
opacos y tienen menor 
capacidad de retención de 
agua (sinéresis y exudación)
Poco elásticos e inestables
Gelificación por calor
Agregación térmica de proteínas y gelificación
Mecanismo 1: velocidad de agregación > velocidad de 
desnaturalización
Mecanismo 2: velocidad de agregación < velocidad de 
desnaturalización
En la mayoría de los casos es indispensable un tratamiento
térmico para conseguir la gelificación
Puede necesitarse:
• Enfriamiento posterior
• Adición de sales, lo que aumenta la velocidad de gelificación
y/o firmeza del gel
• Varias proteínas pueden gelificar sin calentamiento, con
solo una hidrólisis enzimática moderada o una simple
adición de iones calcio
Se denomina Gelificación, cuando las moléculas proteicas
desnaturalizadas se agregan para formar una red proteica
ordenada
PUNTO GEL 
Formación de la red proteica (gel)
Etapas correspondientes a la formación del gelSecuencia de eventos involucrados en la
transformación por calentamiento de una
solución proteica a un gel
1. Desnaturalización proteica→ por acción del
calor
2. Desplegamiento
3. Interacciones proteína-proteína
4. Formación del gel
LA INTERACCIÓN ES SUFICIENTEMENTE IMPORTANTE COMO
PARA GENERAR UNA MATRIZ PRIMARIA QUE EXHIBE
PROPIEDADES DE SÓLIDO VISCOELÁSTICO
Se aceleran a altas T°
Se aceleran a bajas T°
Las características de los geles
formados dependerán en gran
parte del tratamiento térmico
aplicado
Formación de la red proteica (gel)
La formación de la red proteica es la
resultante del equilibrio entre:
❑ Interacciones proteína-proteína
❑ Interacciones proteína-disolvente
❑ F atractivas y repulsivas entre
cadenas polipeptídicas próximas
Interacciones covalentes (puentes disulfuro) 
Interacciones electrostáticas (fuerzas entre grupos 
cargados)
Interacciones puente hidrógeno ( T°)
Interacciones de Van der Waals
Interacciones Hidrofóbicas ( T°)
❖ Las interacciones proteína-agua, tienden a
mantener separadas las cadenas
polipeptídicas
❖ Repulsiones electrostáticas
Formación de la red proteica (gel)
La importancia relativa de la incidencia de estas 
interacciones puede variar en función de la naturaleza 
de la proteína, las condiciones del medio y las diversas 
etapas del proceso de gelificación
Las INTERACCIONES HIDROFÓBICAS son responsables
del reacomodamiento del agua, generando nuevas
fuerzas atractivas entre el agua y los grupos polares
SE FAVORECEN CON EL 
AUMENTO DE LA TEMPERATURA
Para altas concentraciones proteicas la gelificación puede
producirse a T ambiente ( sin calentamiento y alejado del PI)
Formación de la red proteica (gel)
GELES DE 
OVOALBÚMINA
• El establecimiento
de UNIONES
COVALENTES
DISULFURO,
conduce a la
formación de geles
térmicamente
irreversibles
GELES DE GELATINA
• se estabilizan
fundamentalmente
por ENLACES
HIDROGENO,
funden por
calentamiento
(alrededor de 30°C)
y el ciclo de
gelificación-fusión
puede repetirse
varias veces
GELES DE PROTEÍNA 
DE SOJA
• Tienen un
comportamiento
intermedio y su
consistencia
disminuye cuando
la temperatura de
calentamiento
sobrepasa los 80°C
Formación de la red proteica (gel)
Proteínas de 
naturaleza 
diferente pueden 
formar geles 
cuando se 
calientan juntas 
Ovoalbúmina y 
Conalbúmina 
(clara del huevo) 
Co-Gelificación
Formación de geles por interacción con agentes 
polisacáridos gelificantes
Interacciones iónicas entre la gelatina cargada
positivamente y los alginatos o pectinatos
cargados negativamente → producen geles de
alto punto de fusión (80°C)
Formación de la red proteica (gel)
Existen diferentes hipótesis para
explicar las fuerzas responsables de la
gran capacidad de retención de agua
de los geles
Es posible que después de la desnaturalización térmica
de las estructuras secundarias, grupos libres CO2- y NH+
de los enlaces peptídicos creen un sistema extendido de
capas sucesivas de agua. Después del enfriamiento, las
moléculas proteicas pueden reunirse, formando de
nuevo enlaces hidrógeno de manera que reproduzcan la
estructura necesaria para englobar el agua libre
Formación de la red proteica (gel)
Etapas de gelificación térmica 
1. Disociación reversible de la estructura cuaternaria en
subunidades o monómeros
2. Desnaturalización irreversible de estructuras
secundaria y terciaria
(PN) → nPN→ nPD
Donde:
PN: proteína natural
PD: proteína desnaturalizada
n: número pequeño conocido
Formación de la red proteica (gel)
❑ A medida que la etapa de agregación sea más lenta con relación desnaturalización, más
fácilmente podrán orientarse antes de la agregación los polipéptidos parcialmente
desdoblados
❑ Esto favorecerá la formación de un gel ordenado homogéneo, de consistencia lisa,
fuertemente expandido, muy elástico, transparente, estable frente a la sinéresis y exudación
❑ Por el contrario, los geles formados por partículas proteicas, groseramente agregados, son
opacos, poco elásticos y claramente inestables (sinéresis y exudación)
Un prerrequisito absoluto para que ocurra la formación del gel es la interacción entre las
moléculasproteicas, cadenas o agregados de manera de formar una red tridimensional más o
menos ordenada y estable en el espacio dependiendo del origen y las características de las
moléculas puestas en juego. Cuanto más ordenada sea esta estructura se obtendrán geles más
transparentes
PROCESO DE 
GELIFICACIÓN
Se somete a distintas condiciones de T° y
tiempos, dispersiones proteicas de
concentraciones apropiadas en tubos de
ensayo sellados, latas selladas,
envoltorios plásticos (para salchichas),
etc. y enfriamiento posterior
Las condiciones de T° y t a utilizar
(gelificación) son propias de cada proteína
y estarán determinadas en función de la
T° de desnaturalización de las condiciones
del ensayo
La gelificación puede ocurrir durante el
calentamiento (proteínas de soja, clara de
huevo, proteínas de lactosuero), luego del
enfriamiento (gelatina), por efecto del pH,
presencia de iones o acción enzimática
(caseínas)
❖ La concentración de proteína es uno de
los factores más importantes que
determinan las características finales
de los geles
❖ La mayoría de las proteínas exhibe una
concentración mínima, por debajo de
la cual no gelifican
Formación de la red proteica (gel)
Clasificación de geles 
obtenidos por 
calentamiento 
(mecanismo de 
gelificación)
Proteínas 
Globulares 
Gelificación por calor
Con desnaturalización 
previa
proteínas de suero (β-
lactoglobulina, α-
lactoalbúmina), proteínas 
de soja, clara del huevo 
(ovoalbúmina)
Proteínas no 
Globulares
Gelificación por cambios de pH
caseínas (elaboración de yogurt, 
formación de ácido láctico por 
bacterias), proteínas de soja, 
clara del huevo (ovoalbúmina)
Gelificación por hidrolisis 
enzimática 
caseínas (elaboración de 
queso, desestabilización 
de la miscela)
Gelatina
Gelificación por frio
Geles 
termorreversibles
GELIFICACIÓN (RESUMEN) 
Involucra:
❖agregación ordenada de moléculas
❖balance de fuerzas atractivas y repulsivas
❖constitución de una matriz o red proteica 
capaz de retener agua 
MATRIZ LÍQUIDA 
SÓLIDO VISCOSO 
VISCOELÁSTICO 
Esquema general de gelificación de proteínas
FACTORES QUE AFECTAN/PROMUEVEN LA 
AGREGACIÓN/GELIFICACIÓN 
FACTORES QUE 
AFECTAN/PROM
UEVEN LA 
GELIFICACIÓN 
Concentración de proteína 
(concentración crítica de 
gelificación)
Temperatura/ tiempo 
de gelificación
pH
Fuerza iónica / tipo de 
solutos (Ca2+ )
Grado de 
desnaturalización de la 
proteína
Presencia de otros 
componentes (proteínas, 
polisacáridos, lípidos, etc) 
Hidrólisis enzimática
Proteínas alimentarias con buenas 
propiedades gelificantes
Proteínas 
alimentarias 
Proteínas del lactosuero
Proteínas de soja (en salchichas, aislados 
proteicos de soja, contribuye a la textura 
final, dadas sus propiedades de absorción-
retención de agua, así como a sus 
propiedades gelificantes)
Proteínas miofibrilares: 
productos cárnicos
Miscelas de caseínas de la 
leche: yogurt, cuajada, 
queso
Clara de huevo (considerada 
con frecuencia como el mejor 
agente gelificante o ligante)
Gelatina
La gelificación térmica de las proteínas miofibrilares de los músculos contribuye a la textura
de numerosos alimentos: actúan de agente ligante en las carnes picadas, trituradas o
reconstruidas por compresión, estabilizan la emulsión de las salchichas, dan consistencia
homogénea, lisa y elástica
Los aislados proteicos de soja suelen emplearse por sus propiedades de adsorción-
retención de agua y propiedades gelificantes
Las propiedades de coagulación de las miscelas de caseína de la leche son aprovechadas
para la preparación de cuajadas, quesos y productos lácteos gelificados
Las proteínas del lactosuero en una concentración > 5% tienen buenas propiedades
gelificantes a T° 70-85°C
Las proteínas de la clara del huevo son consideradas como el mejor
agente gelificante o ligante, la gelificación se produce en una zona
grande de pH (de 3 a 11) cuando la concentración es > a 5%
La gelatina es una proteína pura que se obtiene de materias primas
animales que contienen colágeno. Este alimento natural y sano
tiene un excelente poder de gelificar. Además, gracias a sus
múltiples capacidades se emplea en los más diversos sectores
industriales para un sin número de productos
TECNICAS PARA DETERMINAR 
AGREGACIÓN DE PROTEÍNAS
Existen diferentes técnicas que brindan
información sobre la estabilidad de las
proteínas, su tamaño, etc.
• Determinación de la temperatura y el
grado de desnaturalización proteica
(calorimetría diferencial de barrido)
• Evaluación de la agregación mediante
la determinación del tamaño de
partícula (técnicas de dispersión de
luz laser)
• Estudio de la cinética de agregación
¿CÓMO ESTUDIAR LAS PROPIEDADES DE 
GELIFICACIÓN? 
Dinámica del proceso de formación del gel y detección del punto de gelificación:
Características estructurales de la red formada: 
• Ensayos de reología dinámica oscilatoria
• Evaluación de la textura
• Estudio de la capacidad de retención de agua
• Características macroscópicas de los geles
• Caracterización microestructural de los geles por diferentes tipos de microscopía 
La esencia del proceso de gelificación es sin duda el PUNTO GEL, es decir el punto donde 
ocurre la transformación de LÍQUIDO a SÓLIDO.
¿CÓMO ESTUDIAR LAS PROPIEDADES DE 
GELIFICACIÓN? 
Ensayos de reología dinámica oscilatoria
Reometria oscilatoria de pequeña amplitud de 
deformación
Permite el seguimiento del proceso de gelificación ya que las 
pequeñas deformaciones no afectan la estructura del material
En estos ensayos la muestra (usualmente un fluido) se coloca
entre un sistema de platos paralelos cuya temperatura puede
ser controlada; uno de los platos oscila a una frecuencia fija. La
deformación sinusoidal aplicada causa un grado de
cizallamiento en ella y la señal de respuesta que se obtiene es
diferente en fase y amplitud. Se obtienen dos parámetros
independientes: G´ y G¨.
¿CÓMO ESTUDIAR LAS PROPIEDADES DE 
GELIFICACIÓN? 
• G´ (módulo de almacenamiento): que describe la
cantidad de energía almacenada elásticamente en la
estructura del gel y por lo tanto describe el
comportamiento elástico. Indica que la energía es
almacenada temporariamente durante el ensayo,
pero puede ser recuperada luego.
• G¨ (módulo de pérdida): es una medida de la pérdida
de energía asociada al comportamiento viscoso.
Indica que la energía utilizada para iniciar el flujo es
perdida irreversiblemente y se transforma en calor.
Curvas típicas de G´ y G¨ en función del tiempo,
obtenidas durante el calentamiento de un gel. El
punto de cruce indica el tiempo de gelificación tg
PUNTO 
GEL
¿CÓMO ESTUDIAR LAS PROPIEDADES DE 
GELIFICACIÓN? 
Se mide la cantidad de agua englobada en el gel durante
su formación, o bien la pérdida de agua que surge
cuando se somete el gel a una compresión o
centrifugación moderada (es importante no romper la
red proteica)
Estudio de la capacidad de retención de agua
Texturización
Procedimientos que, a partir, de las proteínas 
solubles de los vegetales o de la leche, 
conducen a estructuras fibrosas o en forma de 
película 
Que poseen una estructura masticable y una buena 
capacidad de retención de agua, pudiendo conservar 
estas propiedades en el curso de tratamientos 
ulteriores de hidratación y de calentamiento
Estas proteínas texturizadas son frecuentemente 
utilizadas para sustituir o diluir las carnes
Barritas proteicas de soja
texturizada y avena
Texturización
Coagulación térmica y formación de una película
Las soluciones concentradas de proteínas de soja pueden
coagularse térmicamente sobre una superficie metálica lisa, tal
como un secador de rodillos. Estas películas proteicas
obtenidas, finas e hidratadas, pueden plegarse, prensarse
juntas, cortarse, etc.
Si se mantiene durante algunas horas, la leche de soja a alta
temperatura (95°C) en reposo se forma como una “nata” que
se llama Yuba
Texturización
Formación de fibra
El hilado de las proteínas vegetales (especialmente soja) y de
las proteínas de la leche, presentanumerosas similitudes con el
de las fibras textiles sintéticas. Generalmente se necesita partir
de aislados conteniendo por lo menos 90% de proteínas
yElimina agua
Favorecer la adhesión
Aumentar la dureza
Se orientan en el sentido del flujo
T°
Texturización
Extrusión termoplástica
Da gránulos y trozos (mejor que fibras) secos, fibrosos y porosos
que después de hidratarlos poseen una textura masticable
Condiciones operativas:
T°: 150-200°C
Pr: 10000-20000 KPa
t: 20-150 segundos
• Luego del enfriamiento y endurecimiento (al culminar la extrusión) la
masa proteína-polisacárido posee una estructura seca, fuertemente
expandida
• Rehidratada en agua a 60°C, el producto poroso absorbe 2 a 4 veces
su peso en agua y adquiere una estructura fibrosa, esponjosa y
parcialmente elástica, con una masticabilidad muy parecida a la de la
carne
• Estas estructuras son estables a la esterilización
• Un producto de este tipo se utiliza en las hamburguesas, albóndigas
de carne, etc.
Formación de una pasta proteica
Una propiedad única de las proteínas del gluten, que se debe al albumen de los
granos de trigo es su actitud para formar, después de la mezcla y amasado en
presencia de agua y a la temperatura ambiente, una pasta fuertemente
cohesiva y viscoelástica
Esto constituye la base de la transformación de la harina de trigo en masa de
panadería y de su posterior conversión en pan por fermentación y cocción
Además de las proteínas del gluten (gliadinas y gluteninas) la harina de trigo
contiene granos de almidón, pentosanos, lípidos polares y no polares, así como
proteínas solubles que contribuyen, a la formación de la red pastosa y/o textura
final del pan
Formación de una pasta proteica
Bajo contenido en AA ionizables→ las proteínas del gluten son
poco solubles en soluciones acuosas neutras
La capacidad de absorción de agua, así como las propiedades
de cohesión-adhesión del gluten
La presencia de numerosas uniones disulfuro hace que se
formen asociaciones de alta masa molecular que pueden
motivar la formación de fibrillas
Son ricas en glutamina y en AA hidroxilados, tiene tendencia a
formar puentes de hidrogeno
Esto explica 
Energy
Formación de una pasta proteica
Comportamiento de las proteínas del trigo
durante la formación de la masa y panificación
Cuando la harina hidratada se mezcla y amasa, las proteínas del
gluten se orientan, alinean y despliegan parcialmente. Esto
aumenta las interacciones hidrófobas y la formación de nuevos
enlaces disulfuro por las reacciones de intercambio (S-/SH). A
medida que las partículas iniciales de gluten se transforman en
películas delgadas, se forma una red proteica tridimensional
viscoelástica que engloba los granos de almidón y los otros
constituyentes de la harina. La rotura de las uniones disulfuro por
agentes reductores tales como cisteína, destruyen las estructuras
que aseguran cohesión del gluten hidratado y de la masa de pan
mientras que la adición de agentes oxidantes como bromatos
aumenta la dureza y elasticidad
Formación de una pasta proteica
Las harinas fuertes de algunas 
variedades de trigo necesitan 
largos periodos de amasado y 
dan masas muy cohesivas (pan, 
pastas)
Las harinas débiles, son menos eficaces y la 
red de gluten se derrumba cuando la energía 
o la duración del amasado sobrepasan un 
cierto nivel, probablemente a causa de la 
rotura de uniones S-S (galletas, tortas)
La fuerza de la masa 
parece estar relacionada 
con un alto contenido de 
gluteninas de gran masa 
molecular
GLUTENINAS
responsables de la 
elasticidad, cohesión y 
tolerancia de la masa al 
amasado
Evitan que la masa se 
extienda demasiado y 
colapse
GLIADINAS
facilitan la fluidez, 
extensibilidad y 
expansión de la masa 
contribuyendo así a 
aumentar el volumen 
del pan
Permite que la masa 
pueda estirarse, sin 
cortarse, al aumentar 
de tamaño durante la 
fermentación
Para una buena panificación es esencial un
equilibrio correcto entre los dos tipos de proteínas
❑ Una cohesión excesiva (gluteninas) inhibe durante la
fermentación la expansión de las burbujas de CO2 y la
subida de la masa de pan. El volumen de pan resulta
entonces insuficiente
❑ Una extensibilidad excesiva (gliadinas) motiva la formación
de películas de gluten débiles y permeables, a causa de esto
la retención de CO2 es baja y la masa no sube. Se obtiene así
un pan con alveolos irregulares y excesivos
También puede añadirse a la harina de trigo, gluten aislado para reforzar la red de la masa
Así mismo, debido a sus propiedades adhesivas, se utiliza el gluten como agente ligante en diversos
productos cárnicos
La cocción no provoca una importante desnaturalización suplementaria en las proteínas del gluten,
quizá esto se deba al hecho de que en la harina las gliadinas y gluteninas ya están parcialmente
desdobladas y se facilita aún más durante el amasado, parece que resisten también los aumentos de T°
(cocción normal <100°C)
Por encima de 70-80°C las proteínas del gluten liberan agua que es absorbida posteriormente por los
granos de almidón parcialmente gelatinizados. A pesar de todo, las proteínas del gluten juegan un
papel importante para retener agua durante la cocción, lo que da una miga esponjosa (40-50% de
agua)
Además, las proteínas solubles del trigo (albuminas y globulinas) se desnaturalizan y agregan durante la
cocción y esta gelificación parcial contribuye a formar la miga
Generalmente, se añade a los productos de panadería proteínas extrañas, para enriquecerlas, por
ejemplo, en el aspecto nutritivo (proteínas de soja, de leche y lactosuero previamente
desnaturalizadas por calor)