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POLISACARIDOS O HIDROCOLOIDES O GOMAS
Facultad de Qumica, UNAM Funcionalidad de ingredientes y Aditivos
Alimentarios Prof. M. Bez F.
Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
Definicin n Biomolculas de alto peso molecular, formados
por la unin de una gran cantidad de monosacridos, son las ms abundantes comparadas con las protenas y los lpidos.
n Tienen varias funciones: valor energtico y estructural.
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Definicin
n Son principalmente, polihidroxialdehidos y polihidroxicetonas.
n Solo algunos azcares estan formados por N, P o S. Su frmula emprica es ( C H2O )n.
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Nomenclatura
Fundamentalmente con la terminacin ana: Glucosa glucosana Galactosa galactosana Galactosa + manosa galactomanana Arabinosa + galactosa arabinogalactosana
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Propiedades Generales
n Grado de solubilizacin en agua n Capacidad de incrementar la viscosidad n Formar geles
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Clasificacion
Los hidrocoloides se clasifican en: nNaturales nModificdos nSinteticos
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EFECTO DE LA TEMPERATURA PARA LA GELIFICACIN
q Temperatura de licuefaccin 60 - 70C.
q Las carrageninas y el agar requieren temperaturas > 100C.
q Temperatura de gelacin 37C.
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EFECTO DE LA TEMPERATURA PARA LA GELIFICACIN
n Para la gelatina requiere refrigeracin por 12 horas para su completa y adecuada gelificacin.
n Algunas gomas como la goma guar son solubles en agua fra.
n Algunas gomas requieren iones K+ o iones Ca++ para que se activen adecuadamente.
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Clasificacin de algunas gomas Naturales Semisintticas Sintticas
Exudado de plantas Derivados de celulosa Polmeros vinlicos
Arbiga Carboximetil-celulosa Polivinilpirroli- dona
Tragacanto Metilcelulosa Alcohol polivinlico
Karaya Hidroximetil- Celulosa
Polmeros carboxivinlicos
Gatti Etilhidroxietil- celulosa
Alerce Celulosa microcristalina Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
Clasificacin de algunas gomas II
Semillas Gomas microbianas
Algarrobo (Locust bean)
Dextranas
Guar Xantanos
Psilio (Psillium)
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Clasificacin de algunas gomas III
Extracto de algas marinas
Derivados de almidn
Agar Almidn carboximetlico
Alginatos Almidn hidroxietlico
Carragenina Almidn hidroxiproplico
Furcelarano
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Clasificacin de algunas gomas IV
Otros
Pectina Pectina alto metoxilo Pectina bajo metoxilo
Grenetina (gelatina) Alginato de propilenglicol
Almidn Algarrobo carboximetlico
Azcar glass Guar carboximetlico
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Principales usos de los polisacridos en alimentos
n Estabilizantes a travs de sus interacciones con agua.
n Emulsionantes n Gelificantes n Estabilizan o forman espumas n Mejoran la textura, dndole cuerpo al
alimento. n Espesantes y agentes de viscosidad
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Principales usos de los polisacridos en alimentos II
n Encapsulacin de sabores artificiales, fijacin de sabores. n Estabilizacin de sistemas donde hay ciclos de
congelamiento y descongelamiento. n Controlan la cristalizacin de azcares, sales y agua. n Forman pelculas resistentes.
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Principales usos de los polisacridos en alimentos III
n Agentes de suspensin de slidos en lquidos.
n Agentes adhesivos. n Espesantes en alimentos dietticos bajos
en caloras. n Agentes floculantes.
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Capacidad de retencin de agua n Es la cantidad de agua que una macromolcula puede
retener sin que haya liberacin de lquido. n Dicha capacidad depende de factores: a) Intrnsecos: tipo de polmero, PM, linearidad, etc. b) Extrnsecos: pH, fuerza inica, temperatura,
presencia de ciertos cationes, etc.
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Capacidad de retencin de agua
n La retencin de agua puede causar la formacin de un gel; tal es el caso de los producidos por las carrageninas y las pectinas.
n Las macromolculas actan entre s y forman una red tridimensional en la que queda atrapada el agua debido a una fuerte hidratacin del polmero.
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Sinresis de los hidrocoloides n Durante el almacenamiento puede ocurrir que las
macromolculas hidratadas reaccionen entre s y pierdan su capacidad de retencin de agua; esto ocasiona que las molculas de agua que ya no son retenidas se desprendan de la matriz del gel y emigren a la superficie.
n Este fenmeno se conoce como sinresis, que indica exudacin o liberacin de agua causada por un reacomodo interno de las macromolculas.
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Pectinas
n Grupo extenso de polisacridos vegetales cuya estructura bsica, est integrada por molculas de cido D-galacturnico unidos por enlaces glucosdicos -D- (1,4), y en la cual algunos de los carboxlicos pueden estar esterificados
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Estructura de la pectina
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Clasificacin de las pectinas 1. Acidos pectnicos: son los que tienen parte de sus
cidos galacturnicos como steres metlicos. Por definicin, las pectinas son cidos pectnicos con diferentes grados de esterificacin.
2. Acidos pcticos: slo contienen molculas del cido sin esterificar (0% de metoxilacin).
3. Protopectinas: altamente esterificados con metanol y muy insolubles en agua, que se encuentran en los tejidos inmaduros de los frutos y son responsables de su textura rgida. Sin embargo, la accin de la enzima protopectinasa hacen que se conviertan en pectinas solubles, en un proceso que ocurre durante la maduracin y que trae consigo el ablandamiento del fruto.
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Funcin de las pectinas
n Se usan por su capacidad de gelificar, propiedad que est determinada por factores intrnsecos (PM, grado de esterificacin, etc) y por factores extrnsecos (pH, las sales disueltas, presencia de azcares)
n La viscosidad de sus dispersiones, se incrementa a medida que aumenta el PM; en el caso de las pectinas, la viscosidad es mayor cuanto ms se incrementa el grado de esterificacin.
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Pectinas alto metoxilo
n Contienen de 55 a 80 % de sus grupos carboxilo de manera esterificada.
n Gelifican dentro de un intervalo de pH 2.0 a 3.5 y requieren de 60 a 65 % de sacarosa.
n Los carboxilos se encuentran protonados y crean puentes de hidrgeno entre s o con los hidroxilos de una molcula vecina de pectina o del disacrido.
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Pectinas alto metoxilo II
n La adicin de azcar ejerce un efecto deshidratante sobre los polmeros, lo que ocasiona que se favorezcan las interacciones polisacrido polisacrido de manera hidrfoba y se cree una estructura tridimensional que rodea las molculas de sacarosa altamente hidratadas.
n Las pectinas + metoxiladas producen geles ms rgidos y slidos que los de menor esterificacin.
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Pectinas bajo metoxilo
n Presentan esterificacin slo de 18 a 45 % n Trabajan a un pH de 2.8 a 6.5 n Para gelificar requiere la presencia de iones calcio,
porque los carboxilos se encuentran ionizados y pueden establecer uniones inicas con otras molculas de pectina mediante el Ca++; de esta manera se crea la estructura bsica del gel, en la cual, a su vez, los hidroxilos de los residuos del cido galacturnico retienen agua por medio de puentes de hidrgeno.
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Pectinas bajo metoxilo II
n No requiere azcar para gelificar y por lo tanto se pueden usar para el desarrollo de productos libres de azcar.
n Sin embargo, una pequea cantidad de sacarosa ayuda a proporcionar mayor rigidez puesto que esta favorece la interaccin carboxilo calcio.
Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
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Sinergia con las pectinas
En ocasiones se emplean en combinacin con
algunas gomas: tragacanto, karaya, algarrobo o agar, para producir interacciones entre las mezclas.
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GOMA GUAR o GUARANO
ORIGEN
n Es el polisacrido del endospermo de la semilla de Cyamopsis tetragonolobus, que crece en la India y en Pakistn, actualmente se introdujo en EE. UU.
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ESTRUCTURA
n Es un galactomanana. n F o r m a d o p o r u n
esqueleto bsico de unidades (14)--D-manopiranosil, con unidades (16)--D-galactopiranosil.
n Polmero grande de 220,000 Dalton.
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Estructura goma guar
Aproximadamente el 85% de la goma guar es guaran, un polisacrido soluble en agua formado por cadenas lineales de manosa con enlaces 14 a las cuales estn conectadas unidades de galactosa con enlaces 16.
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CARACTERSTICAS
n Es un polvo blanco a amarillento, de sabor suave e inodoro, los tamaos de partcula de US malla 50-250 US malla.
n Se hidrata rpidamente en agua fra y forma una solucin muy viscosa. Una solucin de 1% genera 6000 cps, segn la T y la interaccin con otros componentes del alimento. Por ser una goma neutra, el pH no afecta la viscosidad. Altas concentraciones de sacarosa reduce la viscosidad.
n Exhibe sinergismo con las soluciones de almidones y con otras gomas.
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USOS n Quesos=evita la sinresis. n Helados=da suavidad y cuerpo, adems le da
resistencia al choque trmico. n Panadera=alarga la vida de anaquel, en los
bizcochos. n Para helados disminuye la absorcin del agua
por parte de la sacarosa. n Productos crnicos=mejora su textura. n Aderezos y salsas para ensaladas=aumenta la
viscosidad y la palatabilidad. Funcionalidad Ingredientes y
Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
ALGARROBO O GOMA GARROFN
ORIGEN Procede de las semillas de Ceratoina siliqua.
Planta que crece en el Mediterrneo y cerca del Oriente.
Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
ESTRUCTURA n Constituida por un
esqueleto de unidades D-manopiranosilo, con unidades laterales D-galactopiranosil. Pero l a s u n i d a d e s D -galactopiranosil no es tn d i s t r ibu idas uniformemente. Por lo t a n t o p o s e e p r o p i e d a d e s sinergsticas nicas.
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CARACTERSTICAS
n Blanquecino a caf claro. El polvo de US malla 50 a 250.
n En soluciones alcanza hasta de 3000-3500
cps, en una solucin al 1%. n Los mejores grados estn en la forma de un
polvo casi blanco y tiene la mayor viscosidad.
Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
USOS n Esta goma sirve en helados para ligar agua y
proporcionar cuerpo y suavidad. n En los quesos acelera la formacin del
cuajo, reduciendo la prdida de slidos. n En producto crnico acta como ligante y
estabilizante.
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GOMA ARBIGA ORIGEN n Es una sustancia que secretan los rboles,
del gnero Acacia al producir heridas (incisiones) de sus cortezas.
n Se comercializa en su forma natural, en trozo, en lgrima, o en su forma de secado por aspersin.
Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
CARACTERISTICAS n Es inspida e inodora. n El color vara de blanco a ligeramente amarillo,
siendo de mejor calidad la de color ms claro. n Se disuelve fcilmente en agua para dar soluciones
de baja viscosidad. La viscosidad se ve afectada por el pH, su mayor eficacia se encuentra entre un pH de 6 y 8, cuando se agrega un electrolito disminuye la viscosidad.
Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
ESTRUCTURA
n E s u n h e t e r o g l i c a n o , c o n u n P M 250,000-1,000,000 Dalton.
n Las molculas se presentan como espirales muy cortas y muy plegadas.
Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
USOS n Disminuye o previene la cristalizacin del azcar
en los productos de confitera. n Estabiliza emulsiones y contribuye con la
viscosidad. n En repostera previene la adsorcin de humedad
de los rellenos glaseados. n En helados de leche retiene los cristales de hielo. n En bebidas funciona como estabilizante de
emulsiones de espumas. n Es muy til para fijar aromas en bebidas.
Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
Las ventajas de usar goma arbiga: n Producto natural de origen vegetal. n Funcionalidad reproducible lote tras lote. n Coloide no cariognico de bajo valor calrico. n Fibra soluble potencialmente bioactiva. n Garantizada sin organismos genticamente
modificados. n Excelente retencin de aceites y reduccin del
aceite superficial en el producto encapsulado.
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LA GOMA TRAGACANTO
ORIGEN Producido por diversas especies de
Astragalus, se conoci como la goma arbiga, habindose utilizado desde hace ms de 2000 aos
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ESTRUCTURA n Posee una estructura muy compleja, que su
hidrlisis da lugar a cido D-galacturnico, L-glucosa, D-xilosa y D-arabinosa.
Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
CARACTERISTICAS n El polvo de cinta de tragacanto es de color blanco a
amarillo ligero, mientras que el polvo de la goma en escamas, es de blanco amarillento a caf claro.
n La goma es inodora n Cuando se mezcla en agua el 60-70% se solubiliza
(porcin llamada tragacantina), el resto de la goma se llama basorina.
n Las dispersiones acuosas alcanza una alta viscosidad a concentraciones de tan solo 0.5%.
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USOS n La goma tragacanto se utiliza en salsas y
aderezos a causa de su solubilidad frente al calor y al pH cido.
n En helados proporciona textura y cuerpos agradables.
n Tambin es utilizada en rellenos de frutas para tartas heladas, a las que proporciona claridad y brillo especfico.
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EL AGAR
ORIGEN n Es obtenido a partir de algas marinas rojas
de la clase Rodofceas que se encuentran en las costas de Japn.
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CARACTERISTICAS
n Una de las caractersticas de los geles que forma esta goma es que son muy estables a temperaturas muy por encima de la inicial de gelificacin.
n Es la ms utilizada como medio de crecimiento microbiolgico
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ESTRUCTURA
n Puede ser separado en dos fases, agarano y agaropectina. La unidad bsica que se repite en el agarano.
n Las agaropectina posee 5-10% de e s t e r e s s u l f a t o , algunos residuos de cido D-glucurnico y unos pocos steres de piruvato.
Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
USOS n Se utiliza en helados, en los que inhibe la sinresis
y proporciona una estructura agradable. n En panadera controla la actividad acuosa y
retarda el envejecimiento. n Se usa en cantidades de 0.1-1% para la
estabilizacin de yogur y algunos quesos. n Tambin tiene cierta importancia en alimentos
dietticos (sustitutos de carne, postres, cereales pretratados).
Funcionalidad Ingredientes y
Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
LA GOMA CARRAGENANO o CARRAGENINAS
ORIGEN
n Extrada del musgo irlands (una alga), que crece en las costas de Irlanda, Gran Bretaa, Francia y Espaa.
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ESTRUCTURA n Formados por unidades de
g a l a c t o s a y / o d e anhidrogalactosa, sulfatadas o no, unidas por enlaces alternos (1-3) y (1-4).
n El peso molecular esta entre 300.000-400.000. por debajo de 100.000 de PM, no es til como gelificante.
n A mayor proporcin de grupos sulfato, la solubilidad es mayor, y a mayor proporcin de grupos d e a n h i d r o g a l a c t o s a l a solubilidad es menor.
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Clasificacin carrageninas
n El trmino carragenina denota una familia de carragenanos sulfatados que se extraen de las algas rojas.
n Proporciona un contenido de sulfato del 15 al 40%.
n Las estructuras principales se clasifican como: kappa, iota y lambda.
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CARACTERISTICAS n El uso de estas gomas en los alimentos
depende la capacidad de formar geles, de aumentar la viscosidad de disoluciones, de formar emulsiones y de estabilizar los sistemas ms diversos.
n Las carrageninas kappa e iota forman geles. n La carragenina lambda no forma geles,
produce un aumento de viscosidad.
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Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
USOS n En leches de cacao evita la separacin de la grasa. n En el queso fresco se evita la sinresis. n En panadera mejora las propiedades reolgicas de
la masa y se posibilita la adicin de una mayor proporcin de leche.
n La capacidad gelificante de las sales potsicas se utiliza para postres y conservas crnicas.
n En la leche condensada se evita la separacin de las protenas.
n Tambin se utilizan como estabilizantes de helados y clarificantes.
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LOS ALGINATOS ORIGEN n Extrados de algas pardas de gan
tamao. n Extrado por primera vez en el siglo
XIX. n Entre las que se encuentran
fundamen ta lmen te Laminar ia hyperborea, que prolifera en las costas de Noruega, se cultiva en China y Japn, Macrocystis pyrifera, de aguas del Pacfico, y algunas especies de los gneros Lessonia, Ecklonia, Durvillaea y Ascophyllum. Todas estas algas contienen entre el 20% y el 30% de alginato sobre su peso seco. Funcionalidad Ingredientes y
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ESTRUCTURA n Formado por dos tipos de
monosacridos, el cido gulurnico y el cido manurnico.
n La goma tiene zonas formadas por gulurnico, otras por manurnico y zonas con gulurnico y manurnico alternados.
n Las zonas de c ido manurnico son casi planas, mientras que las de c i d o g u l u r n i c o presentan una estructura con entrantes y salientes.
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CARACTERISTICAS n Las sales de alginato y metales alcalinos,
amonio o aminas de bajo peso molecular son muy solubles en agua caliente y en agua fra.
n Las soluciones de los alginatos son muy viscosas.
n La viscosidad disminuye conforme aumenta la temperatura y es ligeramente influenciada por el pH en el intervalo de 4 a 10.
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USOS n Son muy efectivos como gelificantes, espesantes y
estabilizantes. n Los alginatos son utilizados en helados, a los que
confiere cuerpo y textura agradables, previene la formacin de grandes cristales de hielo.
n Se usa en repostera, en rellenos de pasteles y tartas, merengues y glaseados, para mejorar la textura y forma de los geles.
n Usados en salsas para ensaladas como espesantes y estabilizantes de la emulsin.
n En la cerveza para estabilizar la espuma. Funcionalidad Ingredientes y
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EL DEXTRANO Y EL XANTANO
ORIGEN
n Producidos por microorganismos como L e u c o n o s t o c m e s e n t e r o i d e s y Lactobacillus dextranicum
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Dextrana
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USOS Dextranos: n En confitera mejora la retencin de
humedad y la viscosidad, e inhibe la cristalizacin del azcar.
n En caramelos de goma y gelatina de frutas actan como agente gelificante.
n En helados son eficaces inhibidores de la cristalizacin.
n En mezclas de postres instantneos proporciona cuerpo y textura.
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Goma de xantana
n La goma xantana es un exopolisacrido producido por la bacteria Xanthomonas campestris en un proceso de fermentacin. Esta bacteria es un patgeno que se encuentra en vegetales crucferos como la col y coliflor.
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Goma de xantana
n El microrganismo se cultiva a escala industrial por fermentacin aerobia en un medio formado bsicamente por jarabe de glucosa obtenido a partir de la hidrlisis del almidn de maz.
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ESTRUCTURA Xantana n Formada por un esqueleto
de unidades de -Dglucosa unidas entre s por enlaces b (1-4). Una de cada dos glucosas se encuentra unida por un enlace a 1-3 a una cadena lateral formada por dos manosas con un cido glucurnico entre ellas. Alrededor de la mitad de las manosas terminales de la cadena lateral estn unidas a un grupo de piruvato, y el 90% de las manosas ms prximas a la cadena central estn acetiladas en el carbono 6.
n Su peso molecular del orden de un milln.
Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
Xantana: n Se usa en bebidas para mejorar su
palatabilidad y liberan aromas; en zumos de naranja para estabilizar la turbidez.
n Por su estabilidad trmica se usa como espesante de alimento enlatados.
n Mejora la estabilidad frente a congelacin y descongelacin.
n Disminuye la tendencia a la sinresis, se usa en salsas picantes (Valentina).
Funcionalidad Ingredientes y Aditivos Alim. 2013 M.Bez F.
Goma de xantana
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