Modificaciones en la estructura granular

RELEVANCIA

Barrera et al. (2013) consideraron que la integridad granular del almidón puede verse afectada por la acción mecánica del proceso de molienda, ya que esta operación puede dañar la estructura granular, produciendo de este modo lo que se denomina almidón dañado (DS:

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Damage Starch). El daño en el almidón cambia profundamente la estructura del almidón granular e influye en las propiedades reológicas y funcionales de los sistemas de almidón. El daño facilita la hinchazón de los gránulos de almidón, debido a la destrucción de las fuerzas que impiden el hinchamiento de los gránulos con agua. Considerando que el almidón es uno de los biopolímeros más comunes y en los alimentos, su uso importante como un agente espesante/gelificante. Barrera et al. (2013), indicaron que se han realizado pocos estudios sobre el comportamiento del flujo de suspensiones de almidón sin calefacción. Citando otras fuentes informaron que el almidón mecánicamente dañado, a diferencia del almidón nativo, gelatiniza espontáneamente en agua fría y este proceso es similar a la gelatinización causada por calentamiento. Por tanto propusieron elaborar un trabajo para evaluar el efecto del contenido de almidón dañado en la distribución del tamaño de partícula y las propiedades reológicas de las suspensiones de almidón sin calefacción y en las propiedades de pastas de almidón.

METODOLOGÍA

Para ello utilizaron cuatro muestras de almidón con diferentes contenidos de almidón dañado obtenidos después de una molienda y mezcla: 3.8 % DS (almidón de trigo nativo, sin moler), 8.4, 12.9 y 23.8 % DS (resultados de una operación en molino de discos). El perfil de tamaño granular se vio afectado por el contenido en almidón dañado. Una mayor heterogeneidad de tamaño de gránulos fue registrado, lo que confirmó una mayor capacidad de absorción de agua de los gránulos de almidón dañado en comparación con gránulos naturales.

Las propiedades de flujo de las suspensiones de almidón sin calefacción fueron determinadas con un reómetro (AR 1000-TA Instrument, New Castle, DE 19720). Su geometría es placa de acero (40 𝑚𝑚 de diámetro) y una separación de 0.5 𝑚𝑚 fue utilizado para las determinaciones. Las suspensiones de almidón (20% p/p) fueron agitadas durante 3 horas a una velocidad de agitación fija, que fue lo suficiente para mantener los gránulos de almidón suspendidos. Una alícuota (1𝑚𝐿) de la suspensión de almidón fue vertido en la placa inferior del reómetro y fue equilibrado a 25 °C. La geometría fue acelerada uniformemente de 0 a 300 𝑠−1 en 3 𝑚𝑖𝑛 y la velocidad de cizallamiento fue mantenida constante durante 10 𝑚𝑖𝑛. Después de este tiempo, la velocidad de cizallamiento fue desacelerada de manera uniforme

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para el resto en 3 min e inmediatamente se volvió nuevamente a acelerar de 0 a 300 𝑠−1 _en

3 𝑚𝑖𝑛.

Con el fin de caracterizar el comportamiento reológico de las suspensiones de almidón sin calentamiento las curvas de flujo fueron modeladas usando el modelo de ley de potencia, Ec.(51), que describió los datos de la cizalla y los fluidos de cizalla-espesante. Este modelo fue aplicado al segmento descendente, que comenzó con la velocidad de cizallamiento superior, para minimizar la sedimentación de los gránulos de almidón. El modelo de Weltman fue utilizado para describir el comportamiento tixotrópico de dispersiones de almidón sin calefacción. Para el experimento, los datos de esfuerzo de cizalla frente a los datos de tiempo de cizallamiento fueron ajustados a la Ec. (55), donde 𝜎 es la tensión de cizallamiento (𝑃𝑎),

𝑡 es el tiempo de cizallamiento (𝑠) y 𝐴 (valor de la tensión en 𝑡 = 1𝑠) y 𝐵 son parámetros constantes, que caracterizan el comportamiento dependiente del tiempo.

RESULTADOS

Los resultados mostraron que la relación entre la tasa de cizallamiento y el esfuerzo de cizalla en las suspensiones fue no lineal, lo que indica que los sistemas se comportaron como un fluido no Newtoniano. Así mismo, se observó un ciclo de histéresis en todas las muestras, lo que sugirió que los fluidos muestran un comportamiento dependiente del tiempo. Las suspensiones de almidón sin calefacción exhibieron un comportamiento tixotrópico debido a los bucles registrados en consecución como agujas del reloj. Los autores argumentaron que el comportamiento reológico dependiente del tiempo de las dispersiones de almidón gelatinizado es atribuido a la formación de estructura por alfa-glucano lixiviado en la matriz de la suspensión en enfriamiento a bajas temperaturas de gelificación (por ejemplo 25 °C).

El área del ciclo de histéresis fue afectada por el contenido de almidón dañado. Las suspensiones con mayor contenido de almidón dañado tuvieron un área de histéresis mayor que el almidón sin moler. El área del ciclo de histéresis es una medida de la extensión de la tixotropía. Así, la estructura del fluido depende más del tiempo cuando aumenta el contenido de almidón dañado en el sistema. Los valores del índice de comportamiento de flujo (𝑛)

fueron superiores a la unidad, lo que indica que los sistemas mostraron un comportamiento no Newtoniano de engrosamiento por cizalla (dilatante) en las condiciones investigadas. Varios estudios sobre la gelatinización de almidón de trigo han mostrado valores del índice

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de comportamiento de flujo de ley de potencia (𝑛) mayor que 1.0 durante las primeras etapas de la gelatinización, indicando que el almidón de trigo podría mostrar un comportamiento de espesamiento de cizalladura. Los autores indicaron que la transición de los sistemas de espesamiento del almidón a un comportamiento de flujo tixotrópico reofluidificante se produce progresivamente con el aumento del tiempo y la temperatura de calentamiento durante la proceso gelatinización. De esta manera, la gelatinización del almidón se puede describir como un proceso de transición que transforma el comportamiento reológico dilatante de suspensiones de almidón a pseudoplástico dependiente del tiempo.

El comportamiento reológico dependiente del tiempo de suspensiones de almidón a una tasa de cizallamiento constante fue descrito por el modelo Weltman. Las constantes 𝐴 y 𝐵 fueron obtenidos después del ajuste de los datos experimentales en la ecuación del modelo Weltman. Las propiedades de flujo dependientes del tiempo de suspensiones de almidón fueron afectados por el contenido de almidón dañado. Las constantes 𝐴 y 𝐵 obtenidos para la suspensión de almidón sin moler fueron 1.21 𝑃𝑎 y - 0.004 𝑃𝑎, respectivamente. El incremento del contenido de almidón dañado en el sistema provocó un aumento de los parámetros 𝐴 y 𝐵. El efecto en 𝐴 se interpreta como un incremento en el punto de fluencia. La presencia de almidón dañado causó un aumento en la tensión mínima necesaria para alcanzar el estado de movimiento de las suspensiones. Las suspensiones de almidón incrementaron su tensión de fluencia debido al incremento del volumen del gránulo de almidón y el material lixiviado durante la gelatinización espontánea. La constante 𝐵 tuvo valores negativos lo que confirma que las suspensiones presentaron un comportamiento tixotrópico. El impacto en 𝐵 fue asociado con un cambio en la tasa de pérdida de estructura del sistema. En consecuencia, se sugiere que la pérdida de la estructura del fluido fue más rápido cuando el contenido de almidón dañado aumentó en el sistema.

ALCANCES

Los resultados demostraron que la influencia del contenido de almidón dañado puede ser útil en el estudio de regímenes de flujo, en las variables de su procesamiento y las propiedades del producto final.

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