ES2322181T3 - Preparacion in situ de micelas de proteinas de suero de leche. - Google Patents

Abstract

Un método para la preparación de una bebida caliente o un comestible líquido, el cual método comprende los siguientes pasos: - provisión de un envase de una bebida o un comestible líquido, que contiene proteína de suero de leche nativa, - calentamiento del contenido del envase con el fin de preparar una bebida o comestible líquido caliente, listo para comer, y al mismo tiempo transformación de la proteína de suero de leche nativa, por lo menos parcialmente, en micelas de proteína de suero de leche, en donde el rendimiento de conversión de la proteína de suero de leche nativa en micelas, es por lo menos del 20%.

Description

Preparación in situ de micelas de proteínas de suero de leche.

Ámbito de la invención

La presente invención se refiere a micelas de proteína de suero de leche, particularmente un método y composiciones para la formación de las mismas in situ. La presente invención se refiere también a bebidas instantáneas o comestibles líquidos que contienen dichas micelas.

Antecedentes

La proteína constituye una parte indispensable de las dietas de muchas personas. No solamente se emplea por su valor nutritivo sino también porque imparte también una deseable textura y estabilización a los alimentos. Por ejemplo, en productos que contienen grasas, la grasa debe permanecer estabilizada durante toda el tiempo de almacenamiento del producto, de manera que no tenga lugar una separación de fases.

Para finalizar, se utilizan agentes emulsionantes que proporcionan una estabilización de la emulsión una vez formada, basada en su inherente propiedad de que una parte lipofílica o hidrofóbica es soluble en la fase no acuosa y una parte polar o hidrofílica es soluble en el agua, de manera que dichas moléculas facilitan la emulsión de una fase en la otra fase. Además, los agentes emulsionantes protegen también las gotitas formadas por agregación y coalescencia. Como agentes emulsionantes se emplean substancias que se encuentran en la naturaleza, como por ejemplo, hidrocoloides, fosfolípidos (lecitina) o glicolípidos, y por otro lado pueden utilizarse también agentes sintéticos como por ejemplo, el 2-lactilato de estearilo, o los mono-, diacilglicéridos, etc.

Uno de los mayores inconvenientes de los agentes reside en que algunas veces se suman substancialmente a los costes del producto final, y no se suman al valor nutritivo del producto. Algunas veces esta clase de materiales no muestran propiedades adecuadas de estabilización a causa de una interfacial competición con las proteínas.

Por todo ello, de una manera creciente, la proteína se emplea también como emulsionante y como un parcial sustituto de la grasa.

La patente US 6767575 B1 describe una preparación de un producto agregado de proteína de suero de leche, en donde la proteína de suero de leche está desnaturalizada por acidificación y calor. Los agregados de proteína así obtenidos se emplean para aplicar a los alimentos.

La patente GB 1079604 describe perfeccionamientos en la fabricación del queso, en los cuales las proteínas del suero de leche se someten a un tratamiento térmico con un valor óptimo del pH, con el fin de obtener proteínas de suero de leche insolubles que a continuación se añaden a la leche cruda.

La patente WO 93/07761 se refiere a la provisión de un producto seco de proteína en micropartículas, el cual puede emplearse como substitutivo de la grasa.

La patente US 5750183 describe un procedimiento para la producción de micropartículas proteínicas que son útiles como substitutivas de la grasa, y no contienen ninguna grasa.

Un substituto proteínico de la grasa, se describe también en la patente WO 91/17665, en donde las proteínas están en forma de una proteína de suero de leche desnaturalizada en micropartículas dispersables en agua.

Aparte de las aplicaciones en alimentación, las proteínas están también presentes en muchas composiciones farmacéuticas y cosméticas.

Uno de los problemas que aparecen en la producción de productos que contienen proteínas globulares en general, y proteína de suero de leche en particular es, sin embargo, su limitada procesabilidad. En efecto, las moléculas de proteína cuando se calientan, o cuando se someten a un ambiente ácido o alcalino o en presencia de sales, tienen tendencia a perder su estructura nativa, y a reagruparse en estructuras varias, como por ejemplo, los geles.

La preparación de composiciones acuosas gelificadas de proteínas de suero de leche es el objetivo de la patente EP 1281322.

Elofsson et al., en International Dairy Journal ("Revista de Lechería Internacional"), 1997, páginas 601-608, describe la gelificación en frío de concentrados de proteína de suero de leche.

De manera similar, Kilara et al., en Journal of Agriculture and Food 20 Chemistry ("Revista de Agricultura y Alimentos 20 Química"), 1998, páginas 1830-1835, describe el efecto del pH sobre la agregación de las proteínas de suero de leche y su gelación.

Este efecto gel presenta una limitación, en lo que se refiere no solamente a la procesabilidad (por ejemplo, la obturación de las máquinas empleadas en la fabricación de productos que contienen proteína) sino también en lo que se refiere a la textura así obtenida, la cual puede no ser deseable para el amplio espectro de aplicaciones de la proteína.

Una desnaturalización controlada de las proteínas es por lo tanto deseable, con el fin de ampliar el empleo de las proteínas.

Erdman en el Journal of American College of Nutrition ("Revista del Colegio Americano de Nutrición"), 1990, páginas 398-409, describe que la calidad de la proteína en micropartículas no se ve afectada a pesar de utilizar un alto cizallamiento, y temperatura.

La patente EP 0603981 describe también una emulsión aceite-en-agua que contiene proteínas que es estable al calor.

La patente US 4.309.417 describe bebidas isotónicas enriquecidas con proteína, que comprenden proteína de suero de leche como fuente preferida de proteínas.

Una bebida completa, nutritivamente equilibrada, o una composición alimenticia que comprende una proteína de alta calidad nutritiva, como por ejemplo la proteína de suero de leche, y en donde el componente de proteína proporciona el 16-30% de la cantidad calórica, se describe en la patente US 6.036.984.

La patente US 4.110.476 se refiere a la preparación de yogures líquidos y congelados, estables, que comprenden un concentrado desnaturalizado de proteína de suero de leche.

La patente US 2002/0039617, se refiere a la formación de partículas de proteína insolubles basadas en proteína de suero de leche, las cuales pueden añadirse a un alimento o a bebidas instantáneas, y tiene propiedades organolépticas similares a las de las grasas y aceites altos en calorías.

Por todo ello, un objetivo de la invención es el perfeccionamiento de la utilizabilidad y aplicabilidad de las proteínas en procesos térmicos.

Resumen de la invención

De acuerdo con lo dicho, este objetivo se logra por medio de las características de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes desarrollan además la idea central de la presente invención.

Para lograr este objetivo, se proporciona un método para la preparación de una bebida caliente o un comestible líquido, comprendiendo dicho método los siguientes pasos: provisión de una bebida o envase de comestible líquido, que contiene proteína de suero de leche nativa, calentamiento de dicho envase con el fin de preparar una bebida caliente o un comestible líquido listo-para-comer, y al mismo tiempo transformación de la proteína de suero de leche nativa, por lo menos parcialmente, en micelas de proteína de suero de leche, en donde el rendimiento de conversión de proteína de suero de leche nativa en micelas es por lo menos del 20%.

En un segundo aspecto, la invención se refiere a la composición alimenticia o a la bebida, así obtenida, en donde por lo menos un 20% de la proteína de suero de leche son micelas de proteína de suero de leche.

La invención proporciona también, en un tercer aspecto, un envase de alimentos instantáneos, que comprende ingredientes de proteína de suero de leche, y de una bebida o comestible líquido, en donde al calentar la proteína de suero de leche nativa, se convierte en micelas de proteína de suero de leche.

Figuras

La presente invención se describe además, de ahora en adelante, con referencia a algunas versiones preferidas mostradas en las figuras anexas, en las cuales:

La figura 1 muestra el resultado de un estudio que demuestra el efecto del pH y del tratamiento térmico sobre la micelación de la \beta-lactoglobulina.

La figura 2 muestra un medio para determinar el pH de micelación de una preparación comercial (Bipro®, partida JE 032-1-420), empleando mediciones de la turbidez a 500 nm.

La figura 3 es una micrografía de microscopia electrónica de transmisión, de micelas de proteína de suero de leche (2 por ciento en peso, WPI 95, Lactalis) a un pH de 7,4. La barra de escala es de 200 nm.

La figura 4 muestra el resultado de un estudio para evaluar el impacto de la fuerza iónica (arginina HCl) en la formación de micelas de proteína a un pH constante de 7,0.

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La figura 5 muestra la estabilidad del volumen (FVS) de la espuma estabilizada mediante el 1% en peso de micelas de \beta-lactoglobulina (Davisco) a un pH de 7,0 en presencia de 60 mM de arginina HCl, en comparación con la (\beta-lactoglobulina no micelizada.

La figura 6 muestra el diámetro hidrodinámico equivalente, basado en la intensidad, de la proteína de suero de leche obtenida por tratamiento térmico de una dispersión de un 1% en peso de \beta-lactoglobulina, durante 15 minutos a 85ºC a un pH que oscila de 2 a 8. Las micelas de proteína de suero de leche se obtienen a pH 4,25 (cargadas positivamente con un potencial zeta alrededor de +25 mV) y a un pH 6,0 (cargado negativamente con un potencial zeta alrededor de -30 mV). El diámetro hidrodinámico promediado por Z, de las micelas, fue de 229,3 nm a un pH de 4,25 y 227,2 nm a un pH de 6,0. Se muestran las correspondientes micrografías de las micelas, obtenidas mediante TEM después de un manchado negativo. Las barras de escala son de 1 \mum.

La figura 7 muestra una estructura plenamente esquemática de una micela de proteína de suero de leche.

La figura 8 muestra una micrografía SEM Scanning electron microscopy) ("microscopía electrónica de scanning") de un polvo de micelas de proteína de suero de leche, obtenida después de un secado por pulverización de una dispersión conteniendo un 20% de proteína, después de la microfiltración.

La figura 9 es una micrografía TEM con tinción negativa, de una dispersión de micelas de proteína de suero de leche, obtenida con un 4% de contenido de proteína.

La figura 10 es una micrografía TEM con tinción negativa de una dispersión de micelas de proteína de suero de leche, obtenida con un 20% de contenido de proteína, después de la microfiltración.

La figura 11 muestra la estabilidad térmica de una dispersión de micelas de proteína de suero de leche obtenida con un 10% de contenido de proteína, después de la microfiltración, a un pH 7,0, en presencia de NaCl, después de calentar a 85ºC durante 15 minutos.

La figura 12 muestra la estabilidad térmica de una dispersión de proteína de suero de leche, obtenida con un 14% de contenido de proteína, a un pH 7,0 en presencia de NaCl, después de calentar a 85ºC durante 15 minutos.

La figura 13 es una micrografía TEM con tinción negativa, de una dispersión de micelas de proteína de suero de leche al 4%, basada en un polvo seco pulverizado de micelas puras de proteína de suero de leche, después de la dispersión a 50ºC en agua desionizada.

La figura 14 es una gráfica que muestra la distribución por tamaños de las micelas obtenidas por el procedimiento de la invención, empleando un 4% de Prolacta 90, un aislado de proteína de suero de leche, tratado a un pH de 5,9.

La figura 15 es una micrografía SEM que muestra la estructura interna después de cortar un gránulo de polvo secado por pulverización, como aparece en la figura 8.

La figura 16 es una micrografía TEM con tinción negativa, de una dispersión al 4% de micelas de proteína de suero de leche, basada en un polvo puro de micelas de proteína de suero de leche, liofilizado, después a temperatura ambiente en agua desionizada. La barra de escala es de 0,5 micrómetros.

Descripción detallada de la invención

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método para la preparación de una bebida caliente o un comestible líquido, en donde las proteínas de suero de leche nativa, presentes en un envase antes del calentamiento, se transforman por lo menos parcialmente en micelas de proteína de suero de leche, en donde el rendimiento de conversión de la proteína de suero de leche nativa en micelas, es por lo menos del 20%.

La figura 7 es una representación esquemática de las micelas obtenidas mediante el método de la presente invención, en donde las proteínas de suero de leche están dispuestas de tal forma que las partes hidrofílicas de las proteínas están orientadas hacia la parte exterior del aglomerado y las partes hidrofóbicas de las proteínas están orientadas hacia el "núcleo" de la micela. Esta configuración energéticamente favorable, ofrece una buena estabilidad a estas estructuras en un ambiente hidrofílico.

La estructura específica de la micela puede verse a partir de las figuras, en particular, de las figuras 3, 9, 10, 13 y 15, en donde las micelas consisten esencialmente en aglomerados esféricos de proteína de suero de leche desnaturali-
zada.

Debido a su carácter dual (hidrofílico e hidrofóbico), este estado desnaturalizado de la proteína parece permitir una interacción con una fase hidrofóbica, por ejemplo una gotita de grasa o de aire, y una fase hidrofílica. Las micelas de proteína de suero de leche tienen por lo tanto propiedades para una perfecta emulsión y formación de espuma.

Además, las micelas producidas mediante el método de la presente invención tienen una distribución por tamaños extremadamente aguda (ver figura 14), de forma que más del 80% de las micelas producidas tendrán un tamaño inferior a 1 micra, de preferencia, entre 100 nm y 900 nm, con más preferencia entre 100 y 770 nm, con la mayor preferencia, entre 200 y 400 nm.

El diámetro medio de las micelas puede determinarse empleando la microscopia electrónica de transmisión (TEM). Para ello, las muestras líquidas de micelas se encapsulan en tubos de gel de agar. La fijación se logra mediante inmersión en una solución de 2,5% de glutaraldehído, en tampón de cacodilato 0,1 M, pH 7,4, y post-fijación con 2% de tetróxido de osmio, en el mismo tampón, conteniendo ambas soluciones un 0,04% de rojo de rutenio. Después de la deshidratación en series de etanol graduado (70, 80, 90, 26, 100% de etanol), las muestras se impregnaron en resina Spurr (Spurr/etanol 1:1, 2:1, 100%). Después de la polimerización de la resina (70ºC, 48 horas) se cortaron unas secciones semidelgadas y ultradelgadas, con un ultra-microtomo Leica ultracut UCT. Las secciones ultradelgadas, se tintaron con acetato de uranilo acuoso y citrato de plomo, y a continuación se examinaron mediante microscopia electrónica de transmisión (Philips CM12, 80 kV).

Sin pretender unirnos a ninguna teoría, se cree que durante la formación de las micelas de acuerdo con el procedimiento de la invención, la micela alcanza un tamaño "máximo", debido a la carga electrostática total de la micela, que repele cualquier molécula de proteína adicional, de manera que la micela no puede crecer en tamaño algo más largo. Esto justifica la estrecha distribución por tamaños observada (véase figura 14).

Las micelas descritas anteriormente pueden estar formadas in situ de acuerdo con la presente invención y estar presentes en la composición alimenticia o bebida, que se obtiene mediante el método de la presente invención, en donde por lo menos un 20% de la proteína de suero de leche son micelas de proteína de suero de leche.

El primer paso en el método de la presente invención es el de proporcionar un envase de bebida o comestible líquido, que comprende proteína de suero de leche nativa.

Como proteína de suero de leche para ser usada en el presente método, puede emplearse cualquier aislado o concentrado de proteína de suero de leche disponible, es decir proteína de suero de leche obtenida por cualquier procedimiento para la preparación de proteína de suero de leche conocido en la especialidad, así como también fracciones de proteína de suero de leche preparadas a partir de las mismas o proteínas tales como la \beta-lactoglobulina (BLG), \alpha-lactalbúmina y albúmina de suero. En particular, puede emplearse como proteína de suero de leche, el suero de leche fresco obtenido como producto secundario en la fabricación del queso, suero de leche ácido obtenido como producto secundario en la fabricación de caseína ácida, suero de leche nativo obtenido mediante la microfiltración de la leche o suero de leche de cuajo obtenido como producto secundario en la fabricación de caseína de cuajo. La proteína de suero de leche puede proceder de una fuente única o de mezclas de fuentes cualesquiera.

La presente invención no está restringida a aislados de suero de leche a partir de origen bovino, sino que se refiere a aislados de suero de leche a partir de especies de animales mamíferos, como por ejemplo ovejas, cabras, caballos, y camellos. También, el procedimiento de acuerdo con la presente invención se refiere a preparaciones de suero de leche mineralizadas, desmineralizadas o ligeramente mineralizadas. Con la expresión "ligeramente mineralizadas" se quiere indicar cualquier preparación de suero de leche después de la eliminación de los minerales libres que son dializables o diafiltrables, pero que mantienen minerales asociados a la misma mediante una mineralización natural después de la preparación del concentrado o aislado de proteína de suero de leche, por ejemplo. Estas preparaciones "ligeramente mineralizadas" de suero de leche, no han tenido ningún enriquecimiento mineral específico.

Las proteínas de suero de leche son una excelente fuente de aminoácidos esenciales (AA) (45%). Comparadas con la caseína (que contiene 0,3 g de cisteína/100 g de proteína) las proteínas de suero de leche fresco, contienen 7 veces más cisteína, y el suero de leche ácido, 10 veces más cisteína. La cisteína es la proporción límite de aminoácidos para la síntesis del glutatión (GSH), un tripéptido hecho de glutamato, cisteína y glicina, el cual tiene funciones primarias importantes en la defensa del cuerpo en caso de estrés. Los requisitos en estos aminoácidos puede aumentarse en caso de estrés y en personas mayores. Se ha demostrado también, que un suplemento oral de glutation con proteína de suero de leche aumenta los niveles de plasma GSH de los nacientes infectados con HIV (Eur. J. Clin. Invest. 2001; 31, 171-178).

Otros beneficios para la salud proporcionados por estas proteínas de suero de leche incluyen la potenciación del desarrollo y construcción muscular, así como también el mantenimiento muscular en los niños, adultos, o personas mayores, potenciación de la función inmunológica, mejora de la función cognitiva, control de la glucosa de la sangre, de manera que es adecuada para los diabéticos, gestión del peso y de la saciedad, efectos antiinflamatorios, curación de heridas y reparación de la piel, disminución de la tensión sanguínea, etc.

Las proteínas del suero de leche tienen un mejor ratio de eficiencia de la proteína (PER = 118), comparado por ejemplo con la caseína (PER = 100). El PER es una medida de calidad de la proteína dictaminada mediante la determinación de la forma en que dicha proteína soporta el aumento de peso. Puede calcularse mediante la siguiente fórmula:

PER = crecimiento del peso corporal (g)/ingesta de peso de proteínas (g)

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Para el procedimiento de la invención las proteínas del suero de leche nativa, se proporcionan en un envase. El contenido del envase puede ser en forma de ingredientes secos para diluir o en una forma líquida.

Cuando se proporciona en forma de ingredientes secos, el contenido del envase es de preferencia un polvo esencialmente seco. Este polvo comprende proteína de suero de leche nativa en una cantidad de por lo menos un 4%, de preferencia no más del 6%. Adicionalmente, el polvo puede comprender además ingredientes alimenticios en forma de polvo, como por ejemplo, productos culinarios deshidratados, sales, gránulos secos de café soluble, extractos de te, extractos vegetales, azúcares, etc..

Antes de calentar, se diluye el contenido seco del envase, de forma que, cuando están en solución, las proteínas de suero de leche están presentes en una cantidad del 0,1% en peso al 12% en peso, de preferencia en una cantidad del 0,1% en peso al 8% en peso, con más preferencia en una cantidad del 0,2% en peso al 7% en peso, con mayor preferencia en una cantidad del 0,5% en peso al 6% en peso, con la máxima preferencia en una cantidad del 1% en peso al 4% en peso, referidos todos al peso total de la solución.

El polvo se diluye de preferencia con agua.

Cuando el contenido del envase se proporciona en forma líquida, el líquido comprende la proteína de suero de leche nativa en una cantidad del 0,1% en peso al 12% en peso, de preferencia en una cantidad del 0,1% en peso al 8% en peso, con más preferencia en una cantidad del 0,2% en peso al 7% en peso, con más preferencia en una cantidad del 0,5% en peso al 6% en peso, con la máxima preferencia en una cantidad del 1% en peso al 4% en peso, referidos todos al peso total de la solución.

La solución acuosa de la preparación de proteína de suero de leche presente antes del paso de calentamiento, puede comprender también compuestos adicionales, los cuales pueden proceder de los ingredientes del polvo o de la propia solución. Dichos compuestos adicionales son por ejemplo productos secundarios de los respectivos procedimientos de producción del suero de leche, otras proteínas, gomas o hidratos de carbono.

El envase puede comprender otros ingredientes comestibles tales como: ingredientes de sopa, ingredientes de salsa, ingredientes de cacao, ingredientes del te, extractos vegetales, ingredientes de postres dulces, grasas, sales, emulsionantes, azúcares, maltodextrinas, polisacáridos tales como la goma acacia o carrageno, cereales, fibras solubles, etc.. Puede comprender aromas como por ejemplo la vainilla, caramelo, fruta, chocolate, café, aroma de canela, etc.. Puede comprender también otros ingredientes funcionales tales como por ejemplo edulcorantes, cafeína, vitaminas, minerales, fármacos, ligandos, agentes bioactivos, etc.

La proteína de suero de leche, así como también las fracciones y/o las principales proteínas de la misma, puede emplearse en forma purificada o de manera similar en forma de producto crudo. De acuerdo con una versión preferida, el contenido de cationes divalentes en la proteína de suero de leche para la preparación de la bebida o comestible líquido puede ser inferior al 2,5%, con más preferencia inferior al 2% y todavía con más preferencia inferior al 0,2%. Lo más preferible es que las proteínas del suero de leche estén completamente desmineralizadas.

De acuerdo con el presente descubrimiento, el pH y la fuerza fónica de la solución acuosa de proteína de suero de leche nativa, son factores importantes en el presente método. Así por ejemplo, para muestras ampliamente dializadas de proteínas de suero de leche nativas, las cuales están virtualmente desprovistas o reducidas de cationes libres tales como el Ca, K, Na, Mg, se ha descubierto que cuando se efectúa el tratamiento térmico durante un periodo de tiempo de 10 segundos hasta 2 horas a un pH por debajo de 5,0, se obtiene una cuajada, mientras que a un pH que excede de 6,8, se obtiene una proteína de suero de leche soluble (ver figura 1). Así, solamente en esta ventana de pH más bien estrecha se obtendrán micelas de proteínas de suero de leche con un diámetro inferior a 1 \mum. Estas micelas tendrán una carga totalmente negativa. La misma forma de micela puede también obtenerse simétricamente por debajo del pH isoeléctrico, es decir de 3,5 a 5,0, con más preferencia de 3,8 a 4,5, dando por resultado micelas que están cargadas positivamente (ver figura 6).

Así, con el fin de obtener micelas cargadas positivamente, la micelización de las proteínas de suero de leche puede hacerse en una solución libre de sal a un valor del pH ajustado entre 3,8 y 4,5, en función del contenido de mineral de la fuente de proteína.

Las micelas obtenidas por el método de la presente invención, tienen de preferencia una carga globalmente negativa. Así, en una versión preferida, el pH de la solución acuosa antes del calentamiento puede estar en un margen de 5 a 9.

Más específicamente, para obtener micelas cargadas negativamente, el pH puede estar en el margen de 5,6 a 6, 4, con más preferencia de 5,8 a 6, 0, para un contenido bajo de cationes divalentes (por ejemplo menos del 0,2% del polvo inicial de la proteína de suero de leche). El pH se aumenta hasta 8,4 en función del contenido de mineral de la fuente de proteína de suero de leche (concentrado o aislado). En particular, el pH puede estar entre 7,5 a 8,4, de preferencia 7,6 a 8,0, para obtener micelas cargadas negativamente en presencia de grandes cantidades de minerales libres y el pH puede estar entre 6,4 y 7,4, de preferencia entre 6,6 y 7,2, para obtener micelas cargadas negativamente en presencia de cantidades moderadas de minerales libres. Como regla general cuanto más alto es el contenido de calcio y/o magnesio del polvo inicial de proteína de suero de leche, tanto más alto es el pH de la micelización.

Con el fin de estandarizar las condiciones de formación de las micelas de proteína de suero de leche, es más preferible desmineralizadas por cualquiera de las técnicas conocidas de desmineralización (diálisis, ultrafiltración, ósmosis inversa, cromatografía de intercambio iónico...), cualquier fuente de proteínas de suero de leche nativas líquidas, con una concentración de proteína oscilando desde un suero de leche fresco, un permeato de microfiltración de leche o suero de leche ácido (0,9% de contenido en proteína) al de un concentrado con el 30% de contenido de proteína. La diálisis puede efectuarse frente a agua (destilada, desionizada, o blanda) pero como dicha diálisis permitirá solamente la eliminación de los iones débilmente unidos a las proteínas de suero de leche, es más preferible dializar frente a un ácido a un pH inferior a 4,0 (orgánico o inorgánico) para controlar mejor la composición iónica de las proteínas de suero de leche. De esta forma, el pH de formación de micelas de proteína de suero de leche está por debajo de un pH 7,0, con más preferencia, comprendido entre 5,8 y 6,6.

Cuando los contenidos del envase están en forma líquida, el pH se ajusta generalmente mediante la adición de ácido, el cual es de preferencia de calidad alimenticia, tal como por ejemplo, el ácido clorhídrico, ácido fosfórico, ácido acético, ácido cítrico, ácido glucónico o ácido láctico. Si el contenido de mineral es alto, el pH se ajusta generalmente mediante la adición de una solución alcalina, la cual es de preferencia de grado alimenticio, tal como por ejemplo el hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, o hidróxido de amonio. En cualquier caso, el pH del líquido está entre 5 y 9, de preferencia entre 5 y 8.

Cuando los contenidos del envase están en forma seca, los ingredientes secos se seleccionan de forma que cuando se diluyen con agua, el pH de la solución antes del calentamiento está entre 5 y 9, de preferencia entre 5 y 8.

Alternativamente, si no se desea ningún paso de ajuste del pH, es posible ajustar la fuerza iónica de la preparación de proteína de suero de leche mientras se mantiene el pH constante. A continuación, la fuerza iónica puede ajustarse mediante iones orgánicos o inorgánicos de forma que se permita la micelización a un valor constante del pH, de 7. La figura 4, muestra que las micelas pueden formarse a un valor constante del pH, de 7,0, mientras la fuerza fónica se varía mediante la adición de 70-80 mM de arginina HCl.

Puede añadirse además un tampón a la solución acuosa de la proteína de suero de leche o al polvo seco, de forma que se evite un cambio substancial del valor del pH durante el tratamiento térmico de la proteína de suero de leche. En principio el tampón puede seleccionarse a partir de cualquier sistema tampón de calidad alimenticia, como por ejemplo el ácido acético y sus sales, como por ejemplo el acetato de sodio o el acetato de potasio, el ácido fosfórico y las sales del mismo, por ejemplo el NaH_{2}PO_{4}, Na_{2}HPO_{4}, KH_{2}PO_{4}, K_{2}HPO_{4}, ó el ácido cítrico y las sales del mismo, etc.

Ajustando el pH y/o la fuerza fónica de la solución acuosa, resulta un procedimiento controlado que proporciona micelas que tienen un tamaño entre 100 nm y 900 nm, de preferencia entre 100 y 700 nm, con mayor preferencia entre 200 y 400 nm. De preferencia, la distribución de micelas que tienen unas dimensiones entre 100 y 700 nm es mayor del 80% cuando se efectúa el procedimiento de la invención (ver figura 14).

En un segundo paso del procedimiento de la presente invención, la preparación que comprende la proteína de suero de leche nativa, se somete a continuación al tratamiento térmico. Cuando el envase de la presente invención está en forma de un polvo, se añade generalmente agua antes del paso de calentamiento. A este respecto, se ha descubierto que para obtener micelas de proteína de suero de leche, es importante tener la temperatura en un margen de aproximadamente 80 a aproximadamente 98ºC, de preferencia de aproximadamente 82 a aproximadamente 89ºC, con más preferencia de aproximadamente 84 a aproximadamente 87ºC, con la mayor preferencia a aproximadamente 85ºC.

Una vez se ha alcanzado la temperatura deseada, se mantiene a esta temperatura durante un mínimo de 10 segundos y un máximo de 2 horas. De preferencia, el período de tiempo durante el cual la solución de proteína de suero de leche acuosa se mantiene a la temperatura deseada, oscila de 12 a 25 minutos, con más preferencia de 12 a 20 minutos, o con la mayor preferencia, aproximadamente 15 minutos.

El tratamiento térmico, puede lograrse también en un horno de microondas, o cualquier equipo similar que permita el calentamiento mediante microondas con una relación tiempo/cantidad entre 0,8 segundos por ml y 1,2 segundos por ml de solución. Esto dependerá de la temperatura inicial de la solución antes del calentamiento y de la potencia del horno de microondas. Por ejemplo una solución de proteínas al 4% en peso calentada en un aparato de 1500 W hasta la temperatura de ebullición (98ºC a una altitud de 833 m), requiere aproximadamente 1 segundo por ml de solución. Un proceso continuo puede también emplearse mediante la adición de 8 ó más magnetrones alrededor de un tubo de vidrio potencialmente prolongado mediante un tubo de apoyo para aumentar el tiempo de incubación.

El calentamiento del contenido del envase, de acuerdo con la presente invención, permite la preparación de una bebida o comestible líquido, listo-para-comer, mientras que al mismo tiempo se transforma la proteína de suero de leche nativa, por lo menos parcialmente, en micelas de proteína de suero de leche, en donde el rendimiento de la conversión de proteína de suero de leche nativa en micelas es por lo menos del 20%. De preferencia, la solución se calienta a una temperatura entre 80ºC y 100ºC.

Como muestra la figura 2, las mediciones de la turbidez son una indicación de la formación de micelas. De acuerdo con la presente invención, la turbidez medida por la absorbancia a 500 nm es por lo menos de 3 unidades de absorbancia para la solución de proteína al 1% pero puede alcanzar 16 unidades de absorbancia cuando el rendimiento de la micelización es superior al 80% (véase la figura 2). Como resultado de la presente invención, la solución calentada tendrá una apariencia lechosa debido a la presencia de las micelas de proteína de suero de leche.

Para ilustrar más el efecto de la formación de micelas desde un punto de vista físico químico, se ha calentado una dispersión al 1% en peso, de Bipro®, durante 15 minutos a 85ºC, a un pH entre 6,0 y 6,8 en agua MilliQ. El diámetro hidrodinámico de los agregados obtenidos después del tratamiento térmico, se midió mediante dispersión dinámica de la luz. El peso molecular aparente de los agregados se determinó mediante dispersión estática de la luz empleando el llamado "Debye plot". La hidrofobicidad de la superficie se ensayó empleando la prueba hidrofóbica ANS en los grupos tiol accesibles libremente, mediante el método DTNB empleando cisteína como aminoácido estándar. Finalmente, la morfología de los agregados se estudió mediante la tinción negativa TEM. Los resultados están presentados en la tabla 1.

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TABLA 1 Propiedades físicoquímicas de agregados de proteína de suero de leche soluble, obtenidos mediante tratamiento térmico (85ºC, 15 minutos) de una dispersión al 1% en peso de proteína, en presencia o ausencia de NaCl

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A partir de la tabla 1, es evidente que las micelas de proteína de suero de leche que se formaron a pH 6,0, permiten que la proteína disminuya su hidrofobicidad de la superficie ANS especifica, por un factor de 2, comparado con la proteína de suero de leche no micelizada, calentada en las mismas condiciones, pero a pH 6,8. La formación de micelas puede verse también en el muy alto peso molecular de 27 x 10^{6} g. mol^{-1} comparado con 0,64 x 10^{6} g.mol^{-1} para proteína no micelizada, indicando un estado muy condensado de la materia dentro de la micela (baja cantidad de agua). Es bastante interesante que el potencial \zeta de las micelas sea aún más negativo que el de las proteínas no micelizadas incluso si estas últimas han sido formadas con un pH más básico que las micelas. Esto es el resultado de una superficie más hidrofílica de las micelas que han estado expuestas al disolvente. Finalmente, debe hacerse notar que la reactividad tiol de las micelas es mucho más baja que la de la proteína no micelizada debido al diferente pH del tratamiento térmico.

Se ha descubierto que el rendimiento de la conversión de la proteína de suero de leche nativa en micelas, disminuye cuando la concentración de proteínas inicial de la proteína de suero de leche nativa es alta. Por ejemplo cuando se parte de un aislado Prolacta 90 de proteína de suero de leche (lote 673 de Lactalis), el rendimiento de formación de gotas de micelas de proteína de suero de leche va de un 85% (partiendo de un 4% de proteínas) a un 50% (partiendo de un 12% de proteínas). Con el fin de maximizar la formación de micelas de proteína de suero de leche (> 85% del contenido inicial de proteínas), es mejor partir de una solución acuosa de proteínas de suero de leche que tenga una concentración en proteínas inferior al 12%, de preferencia inferior al 4%. En función de las aplicaciones finales previstas, la concentración en proteína se ajusta antes del tratamiento térmico para gestionar el rendimiento óptimo de micelas de proteína de suero de leche.

De acuerdo con el presente método, la proteína de suero de leche nativa se convierte en micelas de proteína de suero de leche durante el paso térmico. El rendimiento de conversión de proteína de suero de leche nativa en micelas es por lo menos del 20%, de preferencia por lo menos del 50%, con más preferencia por lo menos del 80%, y los agregados solubles residuales o contenido en proteína soluble es de preferencia inferior al 20%. Las micelas de proteína de suero de leche obtenidas de acuerdo con el presente método tienen un diámetro promedio inferior a 1 \mum, de preferencia de 100 a 900 nm, con más preferencia de 100 a 700 nm, con la mayor preferencia de 200 a 400 nm.

El tamaño promedio de la micela se caracteriza por un índice de polidispersión por debajo de 0,200. Como consecuencia, la suspensión blanca obtenida mediante la presente invención es estable y tiene un aspecto lechoso en un amplio margen de pH 2-8. Se ha observado que las micelas de proteína de suero de leche pueden formar agregados aproximadamente a un pH de 4,5, aunque sin ningún signo de separación macroscópica de fases, después por lo menos de 12 horas a 4ºC.

La pureza de las micelas de proteína de suero de leche producidas de acuerdo con el método de la presente invención, puede obtenerse mediante la determinación de la cantidad de proteínas solubles residuales. Las micelas se eliminan mediante centrifugación a 20ºC y 26900 g durante 15 minutos. El sobrenadante se emplea para determinar la cantidad de proteína en cubetas de cuarzo a 280 nm (1 cm de longitud de recorrido de la luz). Los valores están expresados en tantos por ciento del valor inicial antes del tratamiento térmico.

Proporción de micelas = (cantidad inicial de proteínas - cantidad de proteínas solubles)/cantidad inicial de proteínas

Una ventaja del método de la presente invención es que las micelas de proteína de suero de leche preparadas adecuadamente, no han sido sometidas a ningún esfuerzo mecánico que conduzca a la reducción del tamaño de partícula durante su formación. Este método induce la espontánea micelización de proteínas del suero de leche durante el tratamiento térmico en ausencia de cizallamiento.

Las micelas de proteína de suero de leche han mostrado ser idealmente adecuadas para emplear como un agente blanqueante, un emulsionante, un sustituto de la grasa, un sustituto de la caseína micelar o un agente espumante, dado que permite estabilizar la grasa y/o el aire en un sistema acuoso durante un período prolongado.

Por ejemplo, se han mostrado como estabilizadores en matrices de espuma de leche. La estabilidad de la espuma se muestra en la figura 5, en la cual se compara el empleo de proteína de suero de leche no micelizada frente a la proteína de suero de leche micelizada de la presente invención.

Así, las micelas de proteína de suero de leche pueden emplearse como agente emulsionante, para lo cual el material es idealmente adecuado, dado que tiene un sabor neutro y no se crea ningún mal sabor por el uso de dicho material. Pueden emplearse también como sustitutivo de la caseína micelar.

Además, las micelas de proteína de suero de leche presentes, pueden servir como un agente blanqueante, de forma que con un compuesto pueden satisfacerse varias objetivos. Dado que el suero de leche es un material abundantemente disponible, el empleo del mismo reduce el coste de un producto que requiera un agente emulsionante, un agente de carga, un agente blanqueante o un agente espumante, mientras que al mismo tiempo añade su valor nutritivo. En efecto, las micelas obtenidas mediante la presente invención tienen un ratio de eficiencia en proteína de por lo menos 100, de preferencia por lo menos 110, lo cual las convierte en un importante ingrediente nutritivo.

Un envase de acuerdo con la presente invención, puede así comprender ingredientes de café y proteína de suero de leche, de forma que al calentar las micelas de proteína de suero de leche éstas actúan como un agente blanqueante. Los ingredientes del café en el envase pueden estar en estado seco soluble.

Debido a su sabor neutro, su poder blanqueante, y su estabilidad después del tratamiento térmico, las micelas de proteína de suero de leche presentes, pueden emplearse para aumentar la blancura de la leche deshidratada y el sabor de boca.

Así como se aumenta el poder blanqueante de sistemas lácteos para un mismo contenido total de proteína, el contenido graso en una matriz alimenticia puede reducirse. Esta característica representa una particular ventaja de las presentes micelas de proteína de suero de leche, dado que permite por ejemplo, añadir una leche más cremosa sin la adición de una grasa adicional derivada de la leche como tal.

En consecuencia, el método de la presente invención puede emplearse para la preparación de cualquier clase de producto listo-para-comer de bebidas o comestibles líquidos, que necesite la estabilización de una emulsión o una espuma como por ejemplo bebidas instantáneas de capuccino, café con nata o también productos lácteos bajos en grasa o esencialmente exentos de grasa, o también donde las micelas de proteína de suero de leche encuentran aplicación como sustituto de la caseína micelar. Con la expresión "comestible líquido" se indica cualquier producto comestible en forma de líquido o semilíquido que pueda ser consumido por un ser humano o un animal.

Así, el envase de la presente invención puede comprender ingredientes seleccionados del café, ingredientes de sopa, ingredientes de salsa, ingredientes de cacao, ingredientes de te, ingredientes de extracto vegetal, ingredientes de postre dulce, etc..

Ejemplos de productos en donde las presentes micelas de proteína de suero de leche pueden encontrar aplicación son por ejemplo productos comestibles tales como sopas, productos lácteos, leche UHT pasteurizada, leche condensada dulce, frappés, leches fermentadas, productos fermentados a base de leche, chocolate con leche, chocolate blanco, chocolate oscuro, chocolate caliente, salsas, productos de postre, café capuccino, café con nata, espumas, emulsiones, productos basados en cereales fermentados, fórmulas infantiles, pienso para animales de compañía, suplementos orales líquidos, etc..

Además, la presente invención proporciona un envase de comida instantánea que comprende proteína de suero de leche nativa y además ingredientes para una bebida o comestible líquido, en donde después de calentar la proteína de suero de leche nativa, se convierte en micelas de proteína de suero de leche. Mediante el calentamiento del contenido del envase, se obtienen las micelas de proteína de suero de leche in situ, en una sola etapa. Así, todos los beneficios asociados con las micelas de proteína de suero de leche (por ejemplo, agente emulsionante, agente blanqueante, agente estabilizante, agente nutritivo, etc.) se obtienen sin necesidad de emplear técnicas de elaboración para formar micelas de proteína de suero de leche. Además, la ventaja en lo que se refiere al coste, al usar proteína de suero de leche nativa en lugar de caras emulsionantes, estabilizantes, etc., es muy importante. Así, el atrayente equilibrio nutritivo de bebidas calientes o líquidos consumibles, se obtiene fácilmente.

En otro aspecto de la invención, las bebidas o comestibles líquidos listos-para-comer, producidos, pueden enfriarse antes de ser consumidos. Alternativamente pueden emplearse además como un ingrediente en la fabricación de otros consumibles, como por ejemplo, productos lácteos, mayonesa, aderezo para ensalada, leche UHT pasteurizada, leche condensada dulce, yogur, leche fermentada, productos fermentados a base de leche, chocolate con leche, chocolate blanco, chocolate oscuro, mousses, espumas, emulsiones, helados, productos basados en cereales fermentados, polvos a base de leche, fórmulas infantiles, reforzantes de la dieta, piensos para animales de compañía, comprimidos, suspensiones bacterianas líquidas, suplemento oral seco, suplemento oral líquido, etc..

En efecto, debido a su estabilidad, las micelas producidas durante el tratamiento térmico, conservarán sus características y funciones independientemente de cualquier proceso de enfriamiento u otro.

En las figuras 11 y 12 se compara la estabilidad térmica de las micelas de proteína de suero de leche con la proteína de suero de leche nativa, en donde las micelas de proteína de suero de leche son evidentemente más resistentes al calor.

Además, se ha demostrado que la estructura básica de las micelas de las proteínas de suero de leche se conserva, a pesar de otros procesos como la concentración, el secado por pulverización, el secado por congelación, el secado por rodillos, etc.. En efecto, los polvos obtenidos a partir del concentrado de micelas de proteína de suero de leche pueden ser fácilmente redispersados en agua a temperatura ambiente o a 50ºC. El tamaño y estructura de las micelas de proteína de suero de leche se conservan completamente, comparado con el concentrado inicial. Por ejemplo, en la figura 13 un concentrado de micelas de proteína de suero de leche que fue secado por pulverización a una concentración del 20% de proteína, ha sido redispersado en agua desionizada a 50ºC a una concentración de proteína del 50%. La estructura de las micelas ha sido ensayada mediante el TEM, y puede ser comparada con la figura 10. Se obtuvo una forma similar de micelas. El diámetro de las micelas se encontró que era de 315 nm mediante difusión dinámica de la luz, con un índice de polidispersión de 0,2. La figura 15 muestra un grano de polvo de proteína de suero de leche que ha sido seccionado, y en el que pueden observarse las micelas individuales de proteína de suero de leche. En la figura 16, las micelas se observan también después de la redispersión de un polvo de micelas de proteína de suero de leche secado por congelación.

Los siguientes ejemplos ilustran la presente invención sin pretender limitarla.

Ejemplos

La invención se define además, por referencia a los siguientes ejemplos que describen en detalle la preparación de las micelas de la presente invención. La invención descrita y reivindicada en los mismos, no es para limitar el ámbito de las versiones específicas que se describen aquí, dado que estas versiones se pretende que sean ilustraciones de los varios aspectos de la invención.

Ejemplo 1 Micelización de la \beta-lactoglobulina

Se obtuvo la \beta-lactoglobulina (lote JE002-8-922, 13-12-2000) a partir de Davisco (Le Sueur, MN, USA). La proteína se purificó a partir del suero de leche fresco mediante ultrafiltración y cromatografía de intercambio iónico. La composición del polvo es de 89,7% de proteína, 8,85% de humedad, 1,36% de cenizas (0,079% de Ca^{2+}, 0,013% de Mg^{2+}, 0,097% de K^{+}, 0,576% de Na^{+}, 0,050% de Cl^{-}). Todos los otros reactivos empleados fueron de calidad analítica (Merck, Darmstadt, Alemania).

La solución de proteína se preparó a la concentración del 0,2% por solvatación de la \beta-lactoglobulina en agua MilliQ® (Millipore), y agitando a 20ºC durante dos horas. A continuación, se ajustó el pH de alícuotas a 5,0, 5,2, 5,4, 5,6, 5,8, 6,0, 6,2, 6,4, 6,6, 6,8, 7,0 mediante adición de HCl. Las soluciones se envasaron en viales de vidrio de 20 ml (Agilent Technologies) y se sellaron con cápsulas de aluminio con un sellado de silicio/PTFE. Las soluciones se calentaron a 85ºC durante 15 minutos (tiempo para alcanzar la temperatura: 2.30 - 3.00 minutos). Después del tratamiento térmico, las muestras se enfriaron en agua de hielo a 20ºC.

El aspecto visual de los productos (figura 1) indica que el pH óptimo de micelización es de 5,8.

Ejemplo 2 Micelización del aislado de proteína de suero de leche

Se obtuvo el aislado de proteína de suero de leche (WPI) (Bipro®, partida JE032-1-420) a partir de Davisco (Le Sueur, MN, USA). La composición del polvo está indicada en la tabla 2.

La solución de proteína se preparó al 3,4% de proteína mediante solvatación del polvo de proteína de suero de leche en agua MilliQ® (Millipore), agitando a 20ºC durante 2 horas. El pH inicial fue de 7,2. A continuación se ajustó el pH de alícuotas a 5, 6, 5, 8, 6, 0, 6, 2, 6,4 y 6,6 mediante la adición de HCl 0,1 N.

Las soluciones se envasaron en viales de vidrio de 20 ml (Agilent Technologies) y se sellaron con cápsulas de aluminio conteniendo un sellado de silicio/PTFE. Las soluciones se calentaron a 85ºC durante 15 minutos (tiempo para alcanzar la temperatura: 2.30 - 2.50 minutos). Después del tratamiento térmico las muestras se enfriaron en agua de hielo a 20ºC.

La turbidez de las proteínas de suero de leche en caliente, ha sido determinada a 500 nm y 25ºC, las muestras se diluyeron para permitir la medición en el margen de 0,1-3 unidades Abs (espectrofotómetro Uvikon 810, Kontron Instrument). Los valores se calcularon para una concentración inicial de proteína de 3,4%.

El pH de la micelización se consideró que se había alcanzado después de la estabilidad (menos del 5% de variación del valor inicial) de la absorbancia medida a 500 nm en un intervalo de 10 minutos para la misma muestra ilustrada en la figura 2. Para este producto el pH óptimo para la micelización fue de 6,0 a 6,2. Para este pH ajustado antes del tratamiento térmico, la turbidez estable fue de 21 y la proteína soluble residual evaluada mediante la absorbancia a 280 nm después de la centrifugación fue de 1,9%. Podemos deducir que el 45% de las proteínas iniciales se transformaron en micelas a un pH de 6,0.

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(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 2 Composición del WPI y características de la muestra después de la micelización

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Ejemplo 3 Observación microscópica de las micelas Producción de micelas

La solución de proteínas se preparó al 2% de proteína mediante solvatación del polvo de proteína de suero de leche (WPI 90, partida 989/2, Lactalis, Retier, Francia), en agua MilliQ® (Millipore) agitando a 20ºC durante dos horas. A continuación se ajustaron los pH de alícuotas empleando HCl 0,1 N ó NaOH 0,1 N.

Las soluciones se envasaron en viales de vidrio de 20 ml (Agilent Technologies) y se sellaron con cápsulas de aluminio que contenían un sellado de silicio/PTFE. Las soluciones se calentaron a 85ºC durante 15 minutos (tiempo para alcanzar la temperatura: 2.30 - 2.50 minutos). Después del tratamiento térmico, las muestras se enfriaron en agua de hielo a 20ºC. Para este producto el pH óptimo para la micelización fue de 7,4.

Observaciones microscópicas

Las muestras de micelas líquidas, se encapsularon en tubos con gel de agar. La fijación se logró mediante la inmersión en una solución al 2,5% de glutaraldehido en tampón de cacodilato 0,1 M, pH 7,4, y post-fijación con 2% de tetróxido de osmio en el mismo tampón, conteniendo ambas soluciones un 0,04% de rojo de rutenio. Después de la deshidratación en series graduadas de etanol (70, 80, 90, 96, 100% de etanol), las muestras fueron impregnadas en resina Spurr (Spurr/etanol 1:1, 2:1, 100%). Después de la polimerización de la resina (70ºC,48 horas, se cortaron secciones semidelgadas y ultradelgadas con un ultramicrotomo Leica ultracut UCT. Las secciones ultradelgadas se tintaron con acetato de uranilo acuoso y citrato de plomo, y se examinaron por microscopía electrónica de transmisión (Philips CM12, 80 kV).

La micrografía TEM, está representada en la figura 3. Las micelas obtenidas presentan una forma esférica con un diámetro de 200 nm..

Distribución por tamaño de partícula

Se midieron las distribuciones por tamaño de las micelas en base a la intensidad, para aquellas micelas obtenidas por tratamiento térmico de una dispersión de \beta-lactoglobulina al 1% en peso, durante 15 minutos a 85ºC a pH 4,25 (cargadas positivamente con un potencial zeta alrededor de +25 mV) y a un pH de 6,0 (cargadas negativamente con un potencial zeta alrededor de -30 mV). El diámetro hidrodinámico promediado en Z, de las micelas fue de 229,3 mm a un pH de 4,25 y de 227,2 a un pH de 6,0. La \beta-LG y las agregaciones de proteína de suero de leche fueron seguidas empleando la difusión dinámica de luz. Se empleó un aparato nanomedidor ZS (Malvem Instruments, UK) equipado con un láser emitiendo a 633 nm y con 4,0 mW de potencia. El instrumento se empleó en la configuración de redifusión, en donde la detección se efectúa con un ángulo de difusión de 173º. Esto permite una considerable reducción de las señales múltiples de difusión encontradas en las muestras turbias. Las muestras se colocaron en una célula de cuarzo cuadriculada (Hellma, recorrido 1 cm). El recorrido del haz de luz se ajustó automáticamente por el aparato, en función de la turbidez de la muestra (atenuación). La función de autocorrelación se calculó a partir de la fluctuación de la intensidad difundida). Los resultados están mostrados en la figura 6. Dicho resultados muestran que la partícula promedio se caracteriza por un índice de polidispersión muy estrecho (<0,200). En consecuencia, la suspensión blanca obtenida por la presente invención es estable y tiene un aspecto lechoso en un amplio margen de pH 3-8.

Ejemplo 4 Micelización de una \beta-lactoglobulina a pH constante

El método descrito en el ejemplo 1, se repitió con la condición de emplear una solución acuosa de \beta-lactoglobulina al 2%. El pH de esta solución se ha ajustado a 7,0 después de añadir soluciones de arginina HCl para obtener una concentración final de sal que oscila de 5 a 200 mM y una concentración final de \beta-lactoglobulina del 1%. A continuación se efectuó el tratamiento térmico (80ºC, 10 minutos, alrededor de 2 minutos de calentamiento), para producir micelas.

Los resultados se muestran en la figura 4, e indican claramente que solamente en el margen de fuerza fónica de 50 a 70 mM, puede observarse una substancial turbidez, que indica la presencia de micelas de proteína de suero de leche.

Ejemplo 5 Preparación de un agente blanqueante

Se trataron proteínas de suero de leche nativas (WPI 95, partida 848, Lactalis; solución acuosa al 8% en peso), de acuerdo con el ejemplo 2. Se midió la claridad (L) resultante del producto en la modalidad de transreflectancia, empleando un aparato MacBeth CE-XTH D65 10º SCE, equipado con una célula de medición de 2 mm. La claridad resultante fue de L = 74,8, que podría compararse con el valor de L = 74,5 para la leche con toda la grasa.

Ejemplo 6 Preparación de una espuma acuosa

Se mezcló \beta-lactoglobulina nativa (Biopure, Davisco, lote JE 002-8-922, solución acuosa al 2% en peso), con solución de arginina HCl 120 mM, de manera que la concentración final de \beta-lactoglobulina fue de 1% en peso y la de arginina HCl fue de 60 mM. El pH se ajustó a continuación a 7,0 mediante la adición de HCl 1 N. La mezcla se calentó y trató a continuación a 80ºC durante 10 minutos de manera que el 90% de la \beta-lactoglobulina inicial se convirtió en micelas que tenían un diámetro z promedio de 130 nm. En este caso, el diámetro de las micelas se determinó empleando un aparato nanomedidor ZS (Malvern Instruments, UK). La muestra se vertió en una cubeta de cuarzo y las variaciones de la luz difusa se registraron automáticamente. La función de autocorrelación obtenida fue adecuada empleando el método de acumulación de manera que el coeficiente de difusión de las partículas pudo calcularse y a continuación el diámetro hidrodinámico promediado z, empleando la ley de Stokes-Einstein. Para esta medición, se tomó el índice de refracción del disolvente como 1,33, y el de las micelas como 1,45. A continuación, un volumen de 50 ml de la dispersión resultante de micelas de \beta-lactoglobulina, se espumó mediante burbujeo de nitrógeno a través de una frita de vidrio, generando burbujas de 12-16 \mum, para producir un volumen de espuma de 180 cm^{3} empleando el aparato Foamscan^{TM} (IT Concept). La estabilidad del volumen de espuma fue seguida a continuación con el tiempo, a 26ºC empleando el análisis de la imagen y comparando con la estabilidad de la espuma obtenida con la \beta-lactoglobulina tratada en las mismas condiciones pero sin arginina HCl, con lo cual no se formaron micelas. La figura 5 muestra que la estabilidad del volumen de espuma está en gran manera mejorada por la presencia de micelas de \beta-lactoglobulina.

Ejemplo 7 Producto lácteo fermentado basado en suero de leche. Pruebas de fermentación Material

Se obtuvo un aislado de proteína de suero de leche (WPI) (Bipro®) a partir de Davisco (Le Sueur, MN, USA) (concentración de proteína 92,7%).

Permeato de suero de leche secado por pulverización (Variolac 836): concentración de lactosa: 83% - minerales: 8%

Ácido láctico 50%

Lactosa comestible (Lactalis)

Agua desionizada.

Método

Se disolvió el polvo de Bipro® en agua desionizada, con el fin de tener una concentración de proteína de 4,6%, es decir, para 3 litros de solución, 154,5 g de polvo de WPI y 2845,5 g de agua. El tiempo de hidratación fue de 3 horas. Después de la hidratación se dividió la solución en muestras de 200 ml para preparar las diferentes pruebas:

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TABLA 3

5

Para cada solución se añadió ácido láctico al 50% para ajustar el pH antes del calentamiento.

Las muestras se calentaron en una doble caldera hasta 85ºC y se mantuvo a esta temperatura durante 15 minutos. Después de calentar, se enfriaron las soluciones a 40ºC y se inocularon con Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus termophilus. Se dejaron las muestras durante 5 h 30 en una cámara con vapor a 41ºC antes de que fueran colocadas en una cámara enfriada a 6ºC.

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Los resultados están resumidos en la tabla 4.

TABLA 4

7

Ejemplo 8 Micelas de proteína de suero de leche, en polvo, obtenidas mediante secado por pulverización Material

Aislado de proteína de suero de leche (WPI, Prolacta 90® de Lactalis, Rétiers, Francia) con un contenido de proteína del 90%

Lactosa comestible

Maltodextrinas DE39

Agua desionizada

Ácido clorhídrico comestible 1 M.

Método

Empleando un depósito de 100 litros, de doble camisa, se dispersó el polvo de Prolacta90® a 50ºC en agua desionizada a una concentración de proteína del 10% en peso con una moderada agitación con el fin de evitar la formación de espuma, es decir, 11 kg de Prolacta90® fueron dispersados en 89 kilos de agua desionizada. Después de 1 hora de dispersión, el pH de la dispersión se ajustó al pH de micelización (alrededor de 6,3 en este caso) mediante la adición de HCl. La temperatura de la dispersión se aumentó a 85ºC y se mantuvo durante 15 minutos con el fin de generar las micelas de proteína de suero de leche. Después de 15 minutos, la temperatura se disminuyó a 50ºC y la dispersión de micelas de proteína de suero de leche al 10% en peso se dividió en dos partidas de 50 kg. En una primera prueba, 20 kg de lactosa se dispersaron en 50 kg de dispersión de micelas a 50ºC y se agito durante 30 minutos. De manera similar, se añadieron 20 kg de maltodextrinas DE39 a los 50 kilos restantes de dispersión de micelas de proteína de suero de leche.

A continuación, las dos mezclas se secaron por pulverización en una torre NIRO SD6.3N, con una velocidad de flujo de 15 litros/hora. La temperatura de entrada de aire fue de 140ºC y la temperatura de salida de aire fue de 80ºC. El contenido en agua de los polvos obtenidos fue inferior al 5%.

El tamaño de las micelas de proteína de suero de leche, se determinó en presencia de lactosa y maltodextrina (DE39) en agua empleando la difusión dinámica de la luz antes y después del secado por pulverización. La concentración total de proteína se ajustó al 0,4% en peso por dilución de la dispersión antes del secado por pulverización o reconstitución del polvo con el fin de que estuviera en el régimen de dilución de la viscosidad para las micelas de proteína de suero de leche. Se empleó un aparato Nanosizer ZS (Malvern Instruments) y el diámetro de las micelas se promedió a partir de 20 mediciones.

El diámetro de partícula determinado para las micelas de proteína de suero de leche en presencia de lactosa y maltodextrinas (DE39) fue de 310,4 nm, y de 306,6, respectivamente. Después de la reconstitución de los polvos, se encontró que los respectivos diámetros eran de 265,3 nm y 268,5 respectivamente. Estas mediciones confirmaron que las micelas de proteína de suero de leche eran físicamente estables con respecto al secado por pulverización. Los resultados fueron corroborados mediante observaciones de microscopía TEM de dispersiones de micelas de proteína de suero de leche al 0,1% en peso, en agua, empleando una tintura negativa en presencia de 1% de ácido fosfotúngstico a pH 7. Se empleó un microscopio electrónico de transmisión Philips CM 12, operando a 80 kV. Las micelas de proteína de suero de leche fueron observadas en solución antes del secado por pulverización y después de la reconstitución del polvo secado por pulverización. No pudo ser detectada ninguna diferencia de morfología ni de
estructura.

Ejemplo 9 Concentración por evaporación

Un aislado de proteína de suero de leche Prolacta 90, de Lactalis (lote 500648), se reconstituyó a 15ºC en agua blanda a una concentración de proteína del 4% para alcanzar un tamaño final de partida de 2500 kg. El pH se ajustó mediante la adición de ácido clorhídrico 1M de forma que el valor final del pH fuera de 5,90. La dispersión de proteína de suero de leche se bombeó a través del intercambiador de calor plate-plate APV mix, a una velocidad de flujo de 500 litros/hora. El precalentamiento a 60ºC fue seguido por un tratamiento térmico a 85ºC durante 15 minutos. La formación de micelas de proteína de suero de leche se confirmó mediante la medición del tamaño de partícula, empleando la difusión dinámica de la luz así como también una medición de la turbidez a 500 nm. La dispersión obtenida de micelas de proteína de suero de leche al 4%, se caracterizó mediante el radio hidrodinámico de las partículas de 250 nm, un índice de polidispersión de 0,13, y una turbidez de 80. La dispersión de micelas de proteína de suero de leche se empleó a continuación para alimentar el evaporador Scheffers a una velocidad de flujo de 500 litros/hora. La temperatura y el vacío en el evaporador se adaptaron de manera que se obtuvieron alrededor de 500 kilos de concentrado de micelas de proteína de suero de leche con una concentración de proteína del 20%, y se enfriaron a 4ºC.

Ejemplo 10 Enriquecimiento por microfiltración

Se reconstituyó un aislado de proteína de suero de leche Prolacta 90 de Lactalis (lote 500648), a 15ºC en agua blanda con una concentración de proteína del 4% para alcanzar un tamaño de partida final de 2500 kg. El pH se ajustó por adición de ácido clorhídrico 1 M de forma que el valor del pH final fue de 5,90. La dispersión de proteína de suero de leche se bombeó a través de un intercambiador de calor plateplate APV-mix, con una velocidad de flujo de 500 litros/hora. Un precalentamiento a 60ºC fue seguido por el tratamiento térmico a 85ºC durante 15 minutos. La formación de micelas de proteína de suero de leche se confirmó mediante la medición del tamaño de partícula empleando la difusión dinámica de la luz así como también la medición de la turbidez a 500 nm. La dispersión de micelas de proteína de suero de leche al 4% obtenida, se caracterizó mediante un radio hidrodinámico de partículas de 260 nm, un índice de polidispersión de 0,07, y una turbidez de 80. La forma de la micela de la proteína fue también analizada mediante el TEM, y las estructuras de las micelas con un diámetro promedio de 150-200 nm fueron claramente visibles (figura 9). La dispersión de micelas de proteína de suero de leche se enfrió a 4ºC y se empleó para alimentar una unidad de filtración equipada con una membrana Carbosep M14 de 6,8 m^{2}, a una velocidad de flujo de 180 litros/hora. En este caso, la concentración de las micelas de proteína de suero de leche, se realizó a 10ºC hasta que la velocidad de flujo del permeato alcanzó los 70 litros/hora. En este caso, el concentrado de proteína de suero de leche final, contenía el 20% de proteínas. La estructura de las micelas en el concentrado se confirmó mediante la TEM, y claramente no fue visible ningún cambio significante comparado con la dispersión de proteína de suero de leche al 4% antes de la microfiltración (figura 10).

Ejemplo 11 Polvo de micelas de proteína de suero de leche, que contiene por lo menos un 90% de proteína de suero de leche

Se inyectaron 200 kg de concentrado de micelas de proteína de suero de leche, obtenido mediante la microfiltración al 20% de proteína (ver ejemplo anterior), en una torre Niro SD6.3N, empleando una tobera de atomización (0 = 0,5 mm, ángulo de pulverización = 65º, presión = 40 bars) con una velocidad de flujo del producto de 25 kg/hora. La temperatura de entrada del producto fue de 150ºC y la temperatura de salida fue de 75ºC. El flujo de aire en la torre fue de 150 m^{3}/hora. El contenido en humedad del polvo fue inferior al 4% y el polvo se caracterizó por una muy alta fluidez. La microscopia electrónica por scanning del polvo mostró partículas muy esféricas que tenían un aparente diámetro oscilando de 10 a 100 \mum (figura 8).

Ejemplo 12 Polvo mezclado de micelas de proteína de suero de leche

20 kg de concentrado de micelas de proteína de suero de leche, se mezclaron con 1,7 kg de maltodextrinas, con un DE de 39, de manera que el ratio final de micelas de proteína de suero de leche a maltodextrina en el polvo, es de 70/30. Esta mezcla se inyectó en una torre Niro SD6.3N empleando una tobera de atomización (diámetro = 0,5 mm, ángulo de pulverización = 65º, presión = 40 bars) a una velocidad de flujo del producto de 25 kg/hora. La temperatura de entrada del producto fue de 150ºC y la temperatura de salida fue de 75ºC. El flujo de aire en la torre fue de 150 m^{3}/hora. El contenido de humedad en el polvo fue inferior al 4% y el polvo se caracterizó por una muy alta
fluidez.

Los polvos de los ejemplos 13 y 14, cuando se reconstituyeron en agua, contenían esencialmente micelas con la misma estructura y morfología que el concentrado de micelas de proteína de suero de leche.

Ejemplo 13 Formación in situ de micelas de proteína de suero de leche Material

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Método para un producto de café seco 3 en 1 (café, edulcorante, blanqueante)

Se mezcla en seco café soluble con polvo WPI instantáneo, sucrosa y fosfato monosódico monohidrato. Esta mezcla se almacena a continuación en envases de aluminio sellados para asegurar un contenido constante en humedad. 10 g de esta mezcla seca pueden dispersarse en 90 g de agua en una taza y se calienta en el microondas durante 100 segundos para obtener un café con leche enriquecido en proteína de suero de leche.

Método para un producto líquido

Se dispersa café soluble en agua juntamente con polvo WPI instantáneo, sucrosa y fosfato monosódico monohidrato. Esta mezcla líquida se microfiltra a continuación y se almacena a 4ºC en frascos de polipropileno. 100 ml de esta mezcla de café 3 en 1, lista para usar, se vierte en una taza y se calienta en un microondas durante 100 segundos obteniéndose un café con leche enriquecido en proteína de suero de leche.

Claims (29)

1. Un método para la preparación de una bebida caliente o un comestible líquido, el cual método comprende los siguientes pasos:

- provisión de un envase de una bebida o un comestible líquido, que contiene proteína de suero de leche nativa,

- calentamiento del contenido del envase con el fin de preparar una bebida o comestible líquido caliente, listo-para-comer, y al mismo tiempo transformación de la proteína de suero de leche nativa, por lo menos parcialmente, en micelas de proteína de suero de leche, en donde el rendimiento de conversión de la proteína de suero de leche nativa en micelas, es por lo menos del 20%.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el contenido del envase está en forma de un polvo al cual se añade agua antes del paso de calentamiento.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el contenido del envase está en forma de un líquido.

4. Método de acuerdo con una cualquiera de la reivindicaciones 2 ó 3, en donde el pH de la solución antes del calentamiento está entre 5 y 9, de preferencia entre 5 y 8.

5. Método de acuerdo con una cualquiera de la reivindicaciones 2 a 4, en donde el contenido de proteína de suero de leche nativa en la solución antes del calentamiento es inferior al 12%.

6. Método de la reivindicación 5, en donde el contenido en proteína de suero de leche nativa en la solución antes del calentamiento es inferior al 4%.

7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el calentamiento se efectúa durante entre 0,3 y 3 segundos, de preferencia 0,8 y 1,2 segundos por ml de producto.

8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el calentamiento se efectúa empleando una fuente de radiación de microondas.

9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la solución se calienta a una temperatura entre 80ºC y 100ºC.

10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el envase comprende ingredientes de café y micelas de proteína de suero de leche que actúan como un agente blanqueante.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en donde los ingredientes de café están en un estado seco, soluble.

12. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el envase comprende por lo menos un ingrediente seleccionado de: ingredientes de sopa, ingredientes de salsa, ingredientes de cacao, ingredientes de te, ingredientes de extracto vegetal, ingredientes de postre dulce, grasas, sales, emulsionantes, azúcares, maltodextrinas, polisacáridos, cereales, fibras solubles o cualquier combinación de los mismos.

13. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde durante el paso de calentamiento, la proteína de suero de leche nativa se desnaturaliza y se convierte en micelas.

14. Método de la reivindicación 13, en donde el rendimiento de conversión es por lo menos del 50%.

15. Método de una cualquiera de la reivindicaciones 13 ó 14, en donde el rendimiento de conversión es por lo menos del 80%.

16. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las micelas tienen un diámetro promedio de 100 nm a 900 nm.

17. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las micelas formadas actúan como un blanqueante.

18. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la bebida o comestible líquido listo-para-comer, se enfría antes de ser consumido.

19. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la bebida o comestible líquido listo-para-comer, se emplea como un ingrediente en la fabricación de otros productos consumibles.

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20. Una composición alimenticia o para beber, que puede obtenerse mediante el procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, en donde por lo menos un 20% de la proteína de suero de leche son micelas de proteína de suero de leche.

21. Un envase de un alimento instantáneo, que comprende proteína de suero de leche nativa e ingredientes para una bebida o un comestible líquido, en donde después de calentar la proteína de suero de leche nativa, se convierte en micelas de proteína de suero de leche.

22. El envase de acuerdo con la reivindicación 21, en donde el contenido del envase es esencialmente un polvo seco.

23. El envase de acuerdo con la reivindicación 22, en donde el polvo seco es de forma tal, que cuando se hidrata, las proteínas del suero de leche se dispersan en el líquido que tiene un valor del pH definido en el margen de 5 a 9, de preferencia de 5 a 8.

24. El envase de acuerdo con la reivindicación 21, en donde el contenido del envase comprende proteína de suero de leche nativa en un líquido que tiene un pH entre 5 y 8.

25. El envase de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 21 a 24, en donde el contenido del envase comprende ingredientes de café y las micelas de proteína de suero de leche actúan como un agente blanqueante.

26. El envase de acuerdo con la reivindicación 25, en donde los ingredientes de café están en un estado seco, soluble.

27. El envase de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 21 al 26, en donde el envase comprende por lo menos un ingrediente seleccionado de: ingredientes de sopa, ingredientes de salsa, ingredientes de cacao, ingredientes de te, ingredientes de extracto vegetal, ingredientes de postre dulce, grasas, sales, emulsionantes, azúcares, maltodextrinas, polisacáridos, cereales, fibras solubles o cualquier combinación de dos o más ingredientes de los mismos.

28. El envase de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 21 a 27, en donde el envase comprende un aroma como por ejemplo, vainilla, caramelo, fruta, chocolate, café, canela, etc.

29. El envase de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 21 a 28, el cual comprende además por lo menos un ingrediente funcional seleccionado del grupo de: edulcorantes, cafeína, vitaminas, minerales, fármacos, ligandos, agentes bioactivos o cualquier combinación de dos o más ingredientes de los mismos.