Cuando los gránulos de almidón son calentados en presencia de agua sufren una transición de fase orden-desorden llamada gelatinización, en un rango de temperaturas característico para cada tipo de almidón (Hoover, 2001), que lleva a la destrucción irreversible del orden molecular en los gránulos de almidón (Atwell et al., 1988). La gelatinización del almidón es un proceso endotérmico durante el cual las regiones amorfas de los gránulos comienzan a absorber agua y se hinchan, lo que provoca la disrupción de la organización radial y la ruptura de la estructura cristalina (Tester y Debon, 2000; Jenkins y Donald, 1998). La gelatinización es un proceso que depende de la cantidad de agua disponible, siendo necesario un nivel mínimo para que se produzca este fenómeno.
18 En condiciones limitantes de agua (menores a ~60% p/p de agua para mezclas almidón/agua) el proceso de gelatinización requiere de mayor temperatura que en condiciones de exceso de agua, ya que la energía se utiliza para fundir a las regiones cristalinas que no alcanzaron a ser desorganizadas por efecto de la hidratación de las regiones amorfas (Biliaderis et al., 1980; Donovan, 1979).
Paralelamente a la absorción de agua y al hinchamiento de los gránulos que ocurre durante el calentamiento en presencia de agua, las moléculas de amilosa comienzan a migrar hacia la solución (Figura 1.13).
Figura 1.13. Representación del proceso de gelatinización de los gránulos de almidón.
Como consecuencia de estos procesos, la viscosidad incrementa hasta alcanzar un valor máximo, en donde el número de gránulos hinchados e intactos es el mayor que puede alcanzarse bajo las condiciones de trabajo (Hoseney y Zeleznak, 1986). Si el proceso de calentamiento continúa, se produce una reducción de la viscosidad, debido a que los gránulos tienden a romperse parcial o totalmente y las moléculas de almidón se dispersan en la fase acuosa (Figura 1.14).
19 Figura 1.14. Hinchamiento, ruptura y dispersión de los gránulos de almidón durante la gelatinización (adaptado de BeMiller y Whistler, 1996).
Cuando una suspensión de almidón gelatinizada es enfriada las moléculas se reasocian dando lugar a un estado más ordenado o cristalino, proceso llamado retrogradación (Atwell et al., 1988), en donde se forman estructuras compactas. Durante el proceso de gelificación, inicialmente se forman dobles hélices entre las moléculas de amilosa (solubilizadas durante la gelatinización) y se desarrolla una red continua que rodea los gránulos de almidón hinchados y deformes (Eliasson y Larsson, 1993). Estas estructuras son térmicamente muy estables y solamente pueden ser rehidratadas a 80-150 °C, dependiendo del grado y la naturaleza de la retrogradación (Haralampu, 2000). Durante la retrogradación, la amilosa lixiviada a la solución como un polímero enrollado, se reorganiza como dobles hélices estabilizadas por medio de uniones puente hidrógeno. En las hebras individuales, las hélices contienen seis unidades de glucosa por vuelta, que al retrogradar, se empaquetan en una única celda hexagonal. La retrogradación de la amilopectina ocurre a una velocidad mucho menor que la de la amilosa por lo que se la postula como uno de los fenómenos responsables del endurecimiento del pan durante su almacenamiento a largo plazo y de la pérdida de la aceptabilidad en los productos de panificación esponjados.
20 La retrogradación del almidón es influenciada por diferentes condiciones y componentes, como el pH y el contenido acuoso, así como también, por la presencia de lípidos, proteínas, azúcares y ácidos (Eliasson y Gudmundsson, 1996).
El proceso de gelatinización del almidón puede ser estudiado con diversas técnicas. Debido a que es un proceso endotérmico puede ser fácilmente analizado mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC) (Liu et al., 2006; Shogren, 1992). Mediante DSC se mide el flujo de energía calórica cuando una muestra pequeña es sometida a un cambio constante de temperatura, y es la técnica más utilizada para el estudio de la gelatinización.
El análisis de los termogramas que se obtienen con esta técnica permite determinar la temperatura a la que ocurre el proceso y su entalpía (∆H). DSC es muy útil cuando se desea inferir las diferencias estructurales de almidones. Altas temperaturas de transición se han relacionado con un alto grado de cristalinidad, indicando estabilidad estructural y resistencia de los gránulos a la gelatinización (Barichelo et al., 1990). Asimismo, el ∆H de gelatinización es generalmente interpretado como la cantidad de estructura de doble hélice en una suspensión de almidón que es desorganizada durante el calentamiento en presencia de agua (Xie et al., 2008). Los cambios en el perfil de viscosidad que sufre una mezcla de almidón y agua en función de la temperatura son comúnmente analizados mediante la utilización de un Amilografo Brabender o un Rapid Visco Analyser (RVA). Este equipo permite medir bajo agitación continua los cambios en la viscosidad producidos en ciclos de calentamiento y enfriamiento programados de mezclas de almidón y agua (Biliaderis, 2009).
Diversos estudios revelaron que las características fisicoquímicas del almidón y la distribución del tamaño de gránulos en los granos de trigo están controladas por factores genéticos y ambientales (Peña et al., 2002) considerándose en muchos casos este último como el responsable más importante (Panozzo y Eagles, 2000).
21 Las condiciones ambientales poseen un significativo impacto en el hinchamiento y las propiedades viscosas de los gránulos de almidón (Lin y Czuchajowska, 1997; Morris et al., 1997; Dengate y Meredith, 1984). Temperaturas extremas y períodos de sequía durante el llenado de grano han sido identificadas como fuentes de variación importantes en las características del almidón debido a que interfieren en la fisiología de las células y los procesos bioquímicos involucrados en la síntesis de los gránulos de almidón (Thitisaksakul
et al., 2012; Balla et al., 2010; Dupont y Altenbach, 2003). Además provocan la reducción en la acumulación de almidón en los granos (Hurkman et al., 2003; Shi et al., 1994) y alteran la relación de gránulos A/B incrementando, por otro lado, el contenido de amilosa (Blumenthal et al., 1995; Shi et al.,1994). Otros factores como fecha y lugar de siembra pueden afectar dichas características del almidón en mayor medida que las diferencias genotípicas que se puedan presentar (Siebenmorgen et al., 2013; Aboubacar et al., 2006; Campbell et al., 1995).