Ajo y gluten
Actualizado: 16 oct 2020
El ajo y la formación de los enlaces disulfuro del gluten
Durante la formación de una masa de harina de trigo, hay una etapa fundamental y es el aumento de su consistencia, que en general se le denomina “el desarrollo del gluten”. En esta etapa del amasado, la mezcla de harina y agua pasa de ser una pasta espesa y viscosa, a ser una masa suave y viscoelástica, caracterizada por tener un aspecto (y al tacto) seco y sedoso, la cual puede ser extendida como una membrana delgada y continua.
Las proteínas están formadas por aminoácidos y la presencia de ellos determina la reactividad y funcionalidad de las proteínas.Existe un aminoácido llamado cisteína, el cual es de vital importancia para el desarrollo del gluten.Este dispone de un grupo tiol libre (R-SH), que puede reaccionar con otro grupo tiol libre de una misma cadena y formar un enlace intra-catenario, o con un grupo tiol libre de otra cadena y formar un enlace inter-catenario.Estos enlaces entre grupos tioles de dos cisteínas se denominan enlaces o puentes disulfuro, sin ellos no puede desarrollarse la red de gluten a través de unas reacciones denominadas “intercambio tiol-disulfuro”.Estas reacciones explican la ruptura y formación de puentes disulfuro entre distintas regiones de las proteínas, que se orientan durante el amasado para formar el gluten.
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El enlace disulfuro es un enlace covalente que se produce cuando dos grupos sulfhidrilo (SH) reaccionan para formar un puente disulfuro o puente SS (enlace entre átomos de azufre).
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En la Figura 1 podemos apreciar un esquema de la red elástica formada entre las Gluteninas de Alto Peso Molecular (HMW), las Gluteninas de Bajo Peso Molecular (LMW) y las Gliadinas. Durante el amasado estas redes se rompen y se vuelven a formar, y los puntos de ruptura son los enlaces disulfuro (S-S), formandose radicales tiol (S*):
Figura 1. Modelo estructural del gluten de trigo en el cual se muestran las subunidades de Glutenina de Alto Peso Molecular (HMW) enlazadas a través de enlaces disulfuro (S-S) con otras proteínas formadoras de gluten como las Gluteninas de Bajo Peso Molecular (LMW) y las interacciones no-covalentes con las Gliadinas.
La energía del enlace disulfuro (S-S) es de 60 kcal por mol (270 kJ x mol-1), este valor es la energía de disociación del enlace. Es considerado un enlace fuerte, aunque no lo es tanto como un enlace carbono-carbono o carbono-hidrógeno, el enlace disulfuro es a menudo el "eslabón débil" en muchas moléculas. La longitud del puente disulfuro es de 2.05 Å (Armstrong).
El enlace disulfuro se forma por oxidación de los grupos SH, es decir, en presencia de oxígeno, se liberan los hidrógenos de los grupos SH y los átomos de azufre quedan enlazados (S-S).
El enlace S-S es susceptible a la escisión por reactivos polares, tanto electrófilo y especialmente nucleófilos (Nu):
A su vez, los enlaces disulfuro se forman generalmente a partir de la oxidación de grupos sulfhidrilo (-SH), especialmente en contextos biológicos. La transformación se representa como sigue:
¿Y que pinta el ajo en toda esta historia de reacciones químicas y el pan?
Resulta que el ajo contiene un compuesto químico denominado “alicina” (C6H10OS2), es el producto de la conversión de la aliina, que se encuentra en el ajo (Allium sativum), por intermedio de la catálisis de la enzima alinasa (Figura 2). Es un compuesto azufrado que posee diversas actividades farmacológicas de interés. La alicina tiene un fuerte poder oxidativo y como tiosulfinato es una sustancia bastante inestable.
Figura 2. Reacción química de la formación de alicina
Volvamos nuestra mirada a las reacciones químicas, para poder entender porque la presencia de ajo crudo en una masa arruina la formación del gluten.
El análisis químico que verán a continuación fue realizado por mi colega el Doctor Nelson Araujo Álvarez (MSc y Doctor en Química-Bioquímica), quien actualmente trabaja en el Laboratorio de Biología Estructural y Molecular (BEM), Facultad de Ciencias, Universidad de Chile, Santiago-Chile. Este mecanismo es el más razonado y probable dado el pH de las masas panaderas que se trabajan con Saccharomyce cerevisiae.
La hidrólisis de los tiosulfinatos está favorecida a pH 5-7 produciendo ácido sulfínico y el alquil disulfuro respectivamente. El azufre sulfinil (S=O) puede ser blanco de una adición nucleofílica por grupos OH del agua, aunque el ataque en el azufre sulfenil (S-S=O) también puede ser posible (Figura 3).
Figura 3. Hidrólisis de la Alicina en la masa
El ácido Alil-2-propensulfínico producido por la hidrólisis ácida de la Alicina durante el fermentado de la masa de pan es un alquil-bisulfito, y este compuesto es utilizado como agente reductor en muchas aplicaciones químicas, debido a su reacción con el oxígeno disuelto en solución para generar bisulfato.
El gluten puede reaccionar con el Alil-2-propensulfínico producido por hidrólisis y reducir los puentes de disulfuro formados en la mezcla (harina, levadura, agua, ajo triturado) obteniendo un gluten en estado reducido que afecta las propiedades fisicoquímicas de la masa de pan.
Figura 4. Reducción de la red de gluten por el ácido Alil-2-propensulfínico (Análisis Dr. Nelson Araujo Álvarez)
¿Cómo se demuestra la acción de la alicina sobre la formación del gluten?
Para demostrar el efecto del ajo sobre el gluten diseñé el siguiente experimento:
1. Realicé unos amasijos con harina panadera al 60% de hidratación. Incorporé 5, 10 y 20% de ajo rallado. El control solo lleva agua (A).
2. Una vez formada la masa, la dejé descansar por un tiempo de unos 20 minutos (B).
3. Transcurrido ese tiempo realicé la prueba del gluten (C).
4. Incorporé el ajo a una masa con el gluten ya desarrollado (D).
Observaciones:
A mayor cantidad de ajo, más pegajosidad se observa en las masas.
La superficie de la masa es menos tersa y lisa mientras más ajo tenga.
En la prueba del velo de gluten se aprecia claramente la perdida de firmeza, elasticidad y extensibilidad.
El ajo actúa también sobre una masa con el gluten desarrollado.
Conclusiones:
El ajo crudo daña severamente la estructura del gluten, esto debido a que reduce los enlaces disulfuro formados entre las proteínas gluteninas de alto y bajo peso molecular, no permitiendo la formación de enlaces disulfuro (S-S) entre ellas y, por tanto, la desestabilización total del complejo proteíco.
La alicina actúa sobre el gluten en desarrollo y el desarrollado.
Recomendaciones:
Yo recomiendo trabajar con porcentajes pequeños de ajo crudo (1% como máximo).
La mejor manera de elaborar un pan con el delicioso aroma del ajo es sofreírlo en aceite de oliva al menos por 2 minutos a fuego bajo, este procedimiento inactiva la molécula de alicina sin afectar el crecimiento de la masa y nos permite disfrutar del aroma maravilloso que este otorga a los alimentos.
Referencias Consultadas
Shewry PR, Popineau Y, Lafiandra D and Belton P (2001). Wheat glutenin subunits and dough elasticity: findings of the EUROWHEAT project. Trends in Food Science & Technology 11, 433-441
Toshikazu T, and Takeshi E (1990). The Chemistry of Sulphinic Acids. Esters and their Derivatives. John
Wiley & Sons Ltd. Chapter 18, 527-575.
Website consultado: https://es.qwe.wiki/wiki/Disulfide
Asesoría de Investigación:
Nelson Araujo Álvarez. (MSc y Doctor en Química-Bioquímica)
Laboratorio de Biología Estructural y Molecular (BEM)
Facultad de Ciencias.
Universidad de Chile. Santiago-Chile.