UNIVERSIDAD AUTONOMA GABRIEL RENE MORENO
Facultad Ciencias Farmacéutica y Bioquímica
Instituto de Investigación F.C.F.B.
Almidón Nativo y Modificado.
Obtención, cuantificación, modificación y usos
Equipo investigadores:
PhD. ABEL GONZALEZ GALAN
LIC. NOELIA XIMENA OLGUIN ARANCIBIA
LIC. EDWIN LOAYZA SILES
LIC. ERWIN BEIMAR SEVERICH FARFAN
Santa Cruz de la Sierra – Bolivia
JULIO 2014
INDICE Pág. RESUME GENERAL 1 CAPITULO I 2 1. Introducción General 3 1.1. Objetivo General 4 1.2. Objetivos Secundarios 4 2. Marco teórico 5 2.1. Gránulo de almidón 5 2.2. Composición Química 7
3. Estructura del almidón 8
4. Propiedades Funcional 9
4.1. Viscosidad 9
4.2. Claridad 9
4.3. Hinchamiento y Solubilidad 9
4.4. Capacidad de retención de agua 10
5. Propiedades Fisicoquímicas 10
5.1. Gelatinización 10
5.2. Gelificación y Retrogradación 11
6. Almidón Modificado 11
6.1. Uso de Almidón Modificado 13
7. Bibliografía 14
CAPITULO II 16
EXTRACCIÓN Y CARACTERIZACIÓN PARCIAL DE DIFERENTES ALMIDONES NATIVOS
DE FUENTES NO TRADICIONALES CULTIVADOS EN SANTA CRUZ-BOLIVIA 17
RESUMEN 18 SUMARY 19 1. Introducción 20 2. Materiales y Métodos 21 3. Extracción de Almidón 22 4. Resultados y Discusión 27 5. Conclusión 35 6. Agradecimiento 35 7. Referencias 36 CAPITULO III 39
MODIFICACIÓN DEL ALMIDÓN NATIVO DE CAMOTE (Ipomoeba batata) POR
MEDIO DE PREGELATINIZACIÓN Y OXIDACIÓN 40
RESUMEN 41
1. Introducción 42
2. Materiales y Métodos 44
2.1. Métodos de obtención de almidones modificados 44
3. Resultados 48
4. Conclusiones 59
5. Agradecimiento 60
6. Bibliografía 60
CAPITULO IV 64 AUMENTO DE LA VIDA UTIL POST-COSECHA DE TOMATES RECUBIERTOS CON
PELICULAS COMESTIBLES ELABORADAS A PARTIR DE ALMIDON NATIVO Y
MODIFICADO DE CAMOTE (Ipomoeba batata) 65
RESUMEN 66 1. Introducción 67 2. Materiales y Métodos 68 3. Resultados y Discusiones 71 4. Conclusiones 77 5. Agradecimiento 78 6. Bibliografía 78 ii
RESUMEN GENERAL
Según la FAO la tendencia actual es buscar fuentes no convencionales como alternativas para obtener almidones nativo que presenten diversas características fisicoquímicas, estructurales y funcionales, que amplíen la gama de usos en la industria, por tanto es necesario buscar nuevas fuentes de extracción, ya que con una producción mundial de 48,5 millones de ton/año (Faostat, 2001), existe una demanda insatisfecha del mismo. También la modificación de los almidones en la industria ha retomado fuerza ya que el almidón nativo por sí mismo confiere algunas propiedades físicas a los alimentos o productos que se elaboren con el mismo, pero estas características muchas veces se ven limitadas a la demanda de los requerimientos del producto para subsanar este límite se recurre a la modificación del almidón nativo por algún método dándole así un aumento y mejora de sus propiedades funcionales otorgando así mejores cualidades del producto final que se requiera elaborar. Una utilidad que le podemos dar a los almidones es la de elaborar biofilmes para ser utilizados en la protección de alimentos y así mantener su estructura original durante el tiempo de exposición y venta. Al extraer el almidón se genera un residuo que luego de estudiar su composición se buscó una alternativa para la utilización del mismo aprovechando sus características tecnológicas y utilizándolo en la alimentación humana. En este sentido, el residuo y almidón de camote pueden ser usados para elaborar diferentes productos de panificación, en este caso el cuñape. Los objetivos de esta investigación fueron aislar y purificar el almidón de la pulpa comestible de las diferentes muestras, y evaluar la composición química, características físicas y algunas propiedades funcionales de los almidones extraídos, visando lograr modificar almidón nativo de camote por oxidación y pre-gelatinización y evaluar las características funcionales, físicas de los almidones modificados para poder ser utilizados en la aplicación de películas comestibles para aumentar la vida útil postcosecha de tomates (Lycopersicon esculentum) recubiertos con películas elaboradas a partir de almidón de camote (nativo, pregelatinizado y oxidado 0.15%), y también darle utilidad al residuo de la extracción del almidón para la elaboración de uno de los alimentos más tradicionales de la cultura cruceña que es el cuñapé. Los resultados muestran que de los productos estudiados, el camote es el que presenta mejor rendimiento de extracción y un almidón con características físicas y químicas adecuadas y que nos permiten comparar al tradicional almidón de yuca, siendo este una alternativa del mismo. A la vez las modificaciones realizadas al almidón de camote nos indican que la técnica de oxidación nos permite obtener un subproducto con mucho mejores características tecnológicas que las que presenta el almidón nativo, así como al ser utilizado en la elaboración de películas protectoras para tomates permite el aumento de la vida útil del mismo fruto por un periodo de tiempo mucho mayor a los frutos sin recubrir, manteniendo las características propias del fruto.
CAPITULO I
1. INTRODUCCIÓN GENERAL
El almidón es una materia prima con un amplio campo de aplicaciones que van desde la impartición de textura y consistencia en alimentos hasta la manufactura de papel, adhesivos y empaques biodegradables (Zhao; Whistler, 1994).
El almidón está constituido de gránulos en los cloroplastos de las hojas verdes y en los amiloplastos, estos últimos son los órganos de almacenamiento en las semillas y tubérculos. Las fuentes potenciales más importantes de almidones son los granos de cereales (40-90% de su peso seco), leguminosas (30-50% de su peso seco), tubérculos (65-85%) de su peso seco) y frutas inmaduras o verdes (40-70% de su peso seco) (Guilbot & Mercier, 1985).
Estructuralmente, el almidón consiste de dos polisacáridos químicamente distinguibles: la amilosa y la amilopectina. La amilosa es un polímero lineal de unidades de glucosa unidas por enlaces α (1-4), en el cual algunos enlaces α (1-6) pueden estar presentes. Esta molécula no es soluble en agua, pero puede formar micelas hidratadas por su capacidad para enlazar moléculas vecinas por puentes de hidrógeno y generar una estructura helicoidal que es capaz de desarrollar un color azul por la formación de un complejo con el yodo (Knutzon y Grove, 1994). Mientras que la amilopectina es un polímero ramificado de unidades de glucosa unidas en un 94-96% por enlaces α (1-4) y en un 4-6% con uniones α (1-6). Dichas ramificaciones se localizan aproximadamente a cada 15-25 unidades de glucosa. La amilopectina es parcialmente soluble en agua caliente y en presencia de yodo produce un color rojizo violeta (Guan y Hanna, 2004).
Los almidones nativos de las diferentes especies de vegetales tienen como característica fundamental que sus propiedades fisicoquímicas y funcionales estarán influenciadas por sus estructuras granular y molecular (Wang y White, 1994). Las propiedades más importantes a considerar para determinar la utilización del almidón en la elaboración de alimentos y otras aplicaciones industriales incluyen las fisicoquímicas: gelatinización y retrogradación; y las funcionales: solubilidad, hinchamiento, absorción de agua, sinéresis y comportamiento reológico de sus pastas y geles (Wang y White, 1994).
1.1. OBJETIVO GENERAL
El objetivo principal fue de aislar y purificar el almidón de la pulpa comestible de diferentes fuentes no tradicionales, evaluando la composición química, características físicas y algunas propiedades funcionales de los almidones extraídos, visando su modificación y uso en la elaboración de películas protectoras.
1.2. OBJETIVOS SECUNDARIOS
Específicamente, se objetivo:
- Aislar y purificar el almidón de la pulpa comestible de las diferentes muestras, y evaluar la composición química, características físicas y algunas propiedades funcionales de los almidones extraídos.
- Modificar almidón nativo de camote por oxidación y pre-gelatinización y evaluar las características funcionales, físicas de los almidones modificados.
- Evaluar la aplicación de películas comestibles en el aumento de la vida útil postcosecha de tomates (Lycopersicon esculentum) recubiertos con películas elaboradas a partir de almidón de camote (nativo, pregelatinizado y oxidado 0.15%).
2. MARCO TEORICO
El almidón es una materia prima con un amplio campo de aplicaciones que van desde la impartición de textura y consistencia en alimentos hasta la manufactura de papel, adhesivos y empaques biodegradables (ZHAO; WHISTLER, 1994).
El almidón está constituido de gránulos en los cloroplastos de las hojas verdes y en los amiloplastos, estos últimos son los órganos de almacenamiento en las semillas y tubérculos. Las fuentes potenciales más importantes de almidónes son los granos de cereales (40-90% de su peso seco), leguminosas (30-50% de su peso seco), tubérculos (65-85%) de su peso seco) y frutas inmaduras o verdes (40-70% de su peso seco) (Guilbot & Mercier, 1985).
Debido a que el almidón es el polisacárido más utilizado como ingrediente funcional (espesante, estabilizante y gelificante) en la industria alimentaria, es necesario buscar nuevas fuentes de extracción, ya que con una producción mundial de 48,5 millones de ton/año (FAOSTAT, 2001), existe una demanda insatisfecha del mismo.
2.1. GRÁNULO DE ALMIDÓN
El almidón es el principal hidrato de carbono de reserva en todas las plantas superiores. En su estado nativo, e almidón es insoluble en agua fría, sus gránulos son parcialmente cristalinos cuya morfología, composición química, y estructura supramolecular son características de
cada especie en particular. Existe una variación de tamaño de estos gránulos, especialmente entre las diferentes fuentes (entre 0,5 y 100 μm). El tamaño de la partícula, incluso la distribución del tamaño, son algunas de las características que mayormente influyen en las propiedades funcionales de los gránulos de almidón. Se ha reportado que lo gránulos de almidón más pequeños tienen un mayor poder de hinchamiento, menor solubilidad, mayor capacidad de retención de agua, y más baja susceptibilidad a la alfa-amilasa.
En solución acuosa el almidón es birrefringente en luz polarizada y muestra en el modelo típico de la cruz de Malta. El hilium el punto original de crecimiento del gránulo, esta al centro de la cruz. Existe todavía confusión al mencionar si el almidón es cristalino tanto como birrefringente. Las dos propiedades no están necesariamente relacionadas. La birrefringencia implica solo un alto grado de orientación molecular dentro del gránulo y no tiene relación a cualquier forma cristalina en particular (Prieto Mendez y Col., 2009).
Los gránulos de almidón se encuentran en un sistema polimérico semicristalino, donde la cristalinidad varía de 15 a 45%, y es atribuida a las cadenas cortas lineales de la amilopectina, que forman dobles hélices organizadas en una estructura cristalina tridimensional (ZOBEL, 1988; ERLINGEN; DELCOUR, 1995). Durante el proceso de gelatinización, el orden molecular dentro de los gránulos es destruido gradual e irreversiblemente, por esto la temperatura de gelatinización es característica para cada tipo de almidón y depende fundamentalmente de la transición vítrea de la fracción amorfa del almidón (ERLINGEN; DELCOUR, 1995). Algunos eventos ocurren durante el proceso: el orden molecular, y por lo tanto la birrefringencia, se pierde; los gránulos pierden su cristalinidad, absorben gran cantidad de agua, provocando el hinchamiento y un aumento en su volumen. Se solubilizan algunas
moléculas, particularmente la amilosa, que se difunde hacia el agua y, si el calentamiento continúa, se rompen y se observa una solubilización parcial. Todo este proceso es endotérmico, requiriéndose aproximadamente 10 mJ.mg–1 de almidón para efectuarlo, como lo han demostrado los estudios con Calorimetría Diferencial de Barrido (CDB) (BILIADERIS, 1992). La pasta de almidón obtenida después de la gelatinización no es estable, ya que durante el almacenamiento se presentan transformaciones estructurales que, en conjunto, reciben el nombre de retrogradación.
2.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA
Los gránulos de almidón están compuestos de polímero de α-D-glucanos y pequeñas cantidades de constituyentes no carbohidratos, particularmente lípidos, proteínas, y minerales, el último, aunque es un componente menor, puede influir en las propiedades funcionales del almidón. Los almidónes presentan generalmente niveles bajos de proteína, como los de amaranto de diferentes variedades que presentan contenidos de proteína entre 0.02 y 0.9%. Sin embargo, una variedad de sorgo presenta un nivel de proteína alto (2.11%). En general, el almidón debe su funcionalidad a sus componentes moleculares principales, la amilosa y al amilopectina, así como la organización física de las macromoléculas en la estructura del gránulo. Por consiguiente la estructura de almidón necesita ser considerada a dos niveles distintos: (1) a un nivel molecular que se refiere a la cantidad, estructura fina, tamaño, y forma de sus componentes moleculares y (2) a la estructura supramolecular del granulo.
Los almidónes muestran modelos de difracción de rayos X característicos que se dan por las cadenas cortas del componente de la amilopectina. Hay tres patrones de difracción para los
almidónes (A, B, C). El tipo a es típico de almidónes de cereales; los tubérculos presentan el tipo B; y ciertas raíces ya almidónes de semillas dan el tipo C (Zobel, 1988).
3. ESTRUCTURA DEL ALMIDÓN
Estructuralmente, el almidón consiste de dos polisacáridos químicamente distinguibles: la amilosa y la amilopectina. La amilosa es un polímero lineal de unidades de glucosa unidas por enlaces α (1-4), en el cual algunos enlaces α (1-6) pueden estar presentes. Esta molécula no es soluble en agua, pero puede formar micelas hidratadas por su capacidad para enlazar moléculas vecinas por puentes de hidrógeno y generar una estructura helicoidal que es capaz de desarrollar un color azul por la formación de un complejo con el yodo (KNUTZON; GROVE, 1994). Mientras que la amilopectina es un polímero ramificado de unidades de glucosa unidas en un 94-96% por enlaces α (1-4) y en un 4-6% con uniones α (1-6). Dichas ramificaciones se localizan aproximadamente a cada 15-25 unidades de glucosa. La amilopectina es parcialmente soluble en agua caliente y en presencia de yodo produce un color rojizo violeta (GUAN; HANNA, 2004).
Los almidones nativos de las diferentes especies de vegetales tienen como característica fundamental que sus propiedades fisicoquímicas y funcionales estarán influenciadas por sus estructuras granular y molecular (WANG; WHITE, 1994a). Las propiedades más importantes a considerar para determinar la utilización del almidón en la elaboración de alimentos y otras aplicaciones industriales incluyen las fisicoquímicas: gelatinización y retrogradación; y las funcionales: solubilidad, hinchamiento, absorción de agua, sinéresis y comportamiento reológico de sus pastas y geles (WANG; WHITE, 1994b).
4. PROPIEDADES FUNCIONALES
4.1. VISCOSIDAD
La viscosidad se obtiene después de mezclar y calentar una suspensión acuosa de almidón, manteniéndola a una temperatura por un tiempo deseado enfriada a una velocidad definida, puede medirse por diferentes métodos viscoamilógrafos.
4.2. CLARIDAD
La claridad de una pasta de almidón es otro de sus atributos importantes. El almidón es empleado como relleno en repostería debido a su capacidad de ser transparente, y en el caso de aderezos para ensaladas, el almidón debe ser opaco. La claridad varía considerablemente con la fuente de almidón, con la proporción de amilosa/amilopectina y puede ser alterada por modificaciones químicas o enzimáticas de los gránulos, y por la adición de solutos (Craig et al., 1989).
4.3. HINCHAMIENTO Y SOLUBILIDAD
Cuando el almidón se pone en contacto con agua caliente, los gránulos se hinchan y una porción del almidón se disuelve en el medio acuoso circulante. El grado de hinchamiento y la cantidad de solubles dependerá de la especie de almidón y del tipo y magnitud de la modificación. Para una completa caracterización del almidón, puede determinarse el hinchamiento y la solubilidad en intervalos de 5ºC durante la formación de pasta (60-95ºC).
4.4. CAPACIDAD DE RETENCIÓN DE AGUA
El almidón tiene la habilidad de enlazar las moléculas de agua. Esta propiedad es muy importante en las aplicaciones del almidón, debido a que el uso de este polisacárido se muy variado, tal como en el área de alimentos y cosméticos, donde se requiere una textura seca o con consistencia.
5. PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS
5.1. GELATINIZACIÓN
La gelatinización es de gran importancia en muchas operaciones de procesamiento de alimentos. Los procesos como al elaboración de pan, tortillas, productos de pasta, la fabricación de botanas y salsas, todas ellas son dependientes de la gelatinización del almidón para producir esa textura deseada.
Cuando se pone el almidón en agua fría, los gránulos se hinchan ligeramente (10 a 20%), debido a la difusión y absorción del agua en las regiones amorfas, pero este hinchamiento es un proceso reversible al secarse. Sin embargo, cuando los gránulos son calentados en agua a temperaturas mayores, se alcanza un punto donde los gránulos hinchados presentan un fenómeno irreversible, pierden el orden estructural (se pierde la birrefringencia), el cual es debido a la fusión de los cristales. Cuando los gránulos continúan expandiéndose, la amilosa lixivia a la fase intergranular acuosa. Estos cambios moleculares llevan a un aumento sustancial en la viscosidad de la muestra. En conjunto, la ruptura de la estructura granular, el hinchamiento y al hidratación, y solubilización de las moléculas de almidón se describe por el término gelatinización.
5.2. GELIFICACIÓN Y RETROGRADACIÓN
Después de la gelatinización o formación de pastas de almidón, la amilosa y amilopectina pueden ser consideradas como disueltas. Las moléculas de amilosa tienen una fuerte tendencia a asociarse a través de la formación de puentes de hidrogeno con otras moléculas de amilosa adyacentes cuando la solución se enfría, o al mantenerla por largo periodo de tiempo.
El grado de hinchamiento y desintegración del granulo, así como la exudación de la amilosa, dependen del tipo y concentración de almidón, temperatura, presencia de otros solutos, y le corte o agitación aplicada durante el calentamiento.
La retrogradación es un fenómeno complejo y depende de muchos factores como la fuente de almidón, concentración de almidón, regímenes de calentamiento y enfriamiento, pH, y la presencia de solutos como lípidos, electrolitos, y azucares; por ejemplo, repetición de ciclos de congelamiento-deshielo, los cuales son conocidos por acelerar drásticamente la retrogradación y sinéresis. La principal influencia de la retrogradación es en la textura, aceptabilidad, y digestibilidad de los alimentos que contienen almidón.
6. ALMIDON MODIFICADO
Los almidones naturales pueden modificarse químicamente para producir cambios físicos que contribuyen a la estabilidad, apariencia, comodidad y funcionamiento en la preparación de los alimentos (Guevara, 2014). A continuación se describe algunos ejemplos de almidones modificados utilizados en la elaboración de alimentos:
Almidón pre-gelatinizado: El almidón puede modificarse por medios físicos con la finalidad de convertirlos en almidón pre-gelatinizados. Estos almidones a nivel industria son llamados pre-geles o almidones instantáneos. Actualmente estos almidones son muy usados en las diferentes industrias por las propiedades que pueden proveer a productos alimenticios y farmacéuticos, mejorando las características de viscosidad y textura (Manrique-Quevedo, 2009)
Estos almidones tienen la propiedad de que pueden dispersarse en agua fría sin necesidad de someterse a cocción. Pueden utilizarse como aditivos estabilizantes, retenedores de humedad y espesantes. (Martínez-Bustos et al., 2005). En la industria farmacéutica se utiliza para diluir, para aglutinar, lubricar o desintegrar diversos productos sólidos, elaboración de cremas o lociones de uso dermatológico. (Bagalopalan et al., 1988)
Almidón oxidado: Es un almidón que sido oxidado. como modificación química, pues al llevarse a cabo la oxidación en medio ácido, conjuntamente con la oxidación se produce parcialmente la hidrólisis de éste. Esto trae como consecuencia una disminución del peso molecular, con la consecuente disminución de la viscosidad, aumento de la transparencia de los geles, aumento del poder hidrofílico y disminución de la retrogradación. Esta variación de las propiedades, sugiere la posibilidad de la utilización de esta modificación de almidón como agente aglutinante en tabletas. Por otro lado, del análisis de correlación lineal entre el contenido de grupos carbonilos y carboxilos con la viscosidad, la capacidad de hinchamiento y la temperatura de gelatinización, se pudo comprobar que la presencia de grupos carboxilos al ser minoritaria, tiene un efecto menos marcado sobre las propiedades del almidón. (Díaz-Molina y Carreras-Collazo, 1999)
Después de la viscosidad, la cualidad estética más importante de las pastas y geles de almidón es su apariencia visual que se considera por su claridad, transparencia u opacidad. Por ejemplo, en casos en que el almidón es usado como agente espesante en salsas y aderezos, la opacidad es deseable ya que resalta el color brillante de los productos. Pero en otros casos una máxima transparencia es deseable. En general, la claridad de las pastas y geles está relacionada con el estado de dispersión de los solutos y la tendencia a retrogradar del almidón. Esta propiedad se mide por la capacidad que tengan las pastas o geles de almidón para transmitir la luz cuando son sometidos al paso de un haz radiante (CYTED, 2000).
6.1. Usos de los almidones modificados
Quesos: Con la introducción de almidón en reemplazo de la caseína hay ahorros importantes de dinero y no se requieren cambios al proceso de producción. Además de darle una excelente apariencia al queso y un mejoramiento en la firmeza.
Mayonesa y salsas: El almidón actúa como un emulsificante. Con ese producto y el 80% del aceite vegetal se puede fabricar mayonesa o salsas para ensalada.
Crema pastelera: El almidón usado para hacer crema pastelera otorga alta densidad, estabilidad al frío y controla la sinéresis.
Dulcería: el almidón junto con el azúcar actúan como fijadores de sabor.
Carnes: el almidón incrementa de retención de agua. Estas carnes reciben el nombre de carnes emulsificadas. (QSI, 2012)
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Zobel, H.F. Starch granule Structure. In Developments in Carbahydrate Chemistry. Eds. J. Alexander and H.F.Zobel. American Association of Cereal Chemist, St Paul Minnesota, 1-36.
CAPITULO II
EXTRACCIÓN Y CARACTERIZACIÓN PARCIAL DE DIFERENTES ALMIDONES
NATIVOS DE FUENTES NO TRADICIONALES CULTIVADOS EN SANTA CRUZ,
BOLIVIA
Extraction and partial characterization of different non-traditional sources of starches
growing in Santa Cruz, Bolivia
Noelia Ximena Olguin-Arancibia1
Abel González-Galán2
1
Licenciada Bioquímica con la Mención de Bromatología de la Carrera de Bioquímica – FCFB -UAGRM
2
Doctor en Ciencias de los Alimentos. Docente – Tutor. Coordinador del Laboratorio de Bromatología y Nutrición. IIFCFB UAGRM
Correo para correspondencia: [email protected]
RESUMEN
En virtud de que las fuentes convencionales más importantes para la extracción de almidón son los granos de cereales como el maíz, trigo, arroz y sorgo; tubérculos como la papa, yuca, boniato y sagú; encontrándose también en hojas, semillas de leguminosas y frutas (Betancur-Ancona et al., 2004). Según la FAO la tendencia actual es buscar fuentes no convencionales como alternativas para obtener almidones que presenten diversas características fisicoquímicas, estructurales y funcionales, que amplíen la gama de usos en la industria, por tanto es necesario buscar nuevas fuentes de extracción, ya que con una producción mundial de 48,5 millones de ton/año (Faostat, 2001), existe una demanda insatisfecha del mismo. Las materias primas utilizadas fueron el plátano "macho" (Musa paradisiaca L.), manga “rosita” (Mangifera indica L.), camote (Ipomoea batatas L.) y oca (Oxalis tuberosa). Por lo antes expuesto, los objetivos de esta investigación fueron aislar y purificar el almidón de la pulpa comestible de las diferentes muestras, y evaluar la composición química, características físicas y algunas propiedades funcionales de los almidones extraídos. Se obtuvo un mayor rendimiento en la extracción de almidón de camote con 12,98% seguido de almidón de plátano con 10,96 %, Oca 5,74 % y el menor rendimiento para la manga con 1,46 %.En cuanto a las propiedades funcionales se observó que el almidón de oca obtuvo los mejores resultados en cuanto a %SS, AA y PH, con relación a los demás almidones analizados. A través de la micrografía se pudo determinar la temperatura de gelatinización que para el camote, manga y plátano comienza a partir de los 70oC, la oca a partir de los 60oC. En la prueba de color se determinó que el almidón de camote presento mayor luminosidad.
Palabras Claves: almidón nativo, extracción, capacidad funcional, gelatinización, micrografía.
SUMARY
It is well known that the more important conventional sources of starch are cereal grains such as corn, wheat, rice and sorghum; tubers, such as potato, cassava, sweet potato and sago; is also being found in leaves, seeds of legumes and fruits (Betancur-Ancona et al., 2004). According to FAO the current tendency is to look for unconventional sources as an alternative to obtain starches with several physicochemical, structural and functional characteristics, which will extend its range of uses in the industry. It is therefore necessary to seek new methods of starch extraction, as with a global production of 48.5 million ton/year (FAOSTAT, 2001), there is an unmet demand for its. The raw materials used were banana (Musa
paradisiaca L.), manga "Rosita" (Mangifera indica L.), sweet potato (Ipomoea batatas L.) and
oca (Oxalis tuberosa). The objectives of this research were to isolate and purify the starch from the edible pulp of the different samples, and evaluate the chemical composition, physical characteristics and some functional properties of the starches extracted. The largest yield in the extraction of starch was obtained with sweet potato with 12.98 % followed by banana with 10.96 %, Oca 5.74 % and manga with 1.46%. Regarding the functional properties, the starch from oca showed the best results in terms of %SS, WA and SP, when compared to the other starches analyzed. By means of the micrograph, the gelatinization temperature could be determined as starting at 70°C for sweet potato, banana and manga and at 60°C for oca. It was determined that the sweet potato starch presented greater luminosity in the color test.
Key words: native starch, extraction, functional capacity, gelatinization, micrograph
INTRODUCIÓN
El almidón es una materia prima con un amplio campo de aplicaciones que van desde la impartición de textura y consistencia en alimentos hasta la manufactura de papel, adhesivos y empaques biodegradables (Zhao; Whistler, 1994).
El almidón está constituido de gránulos en los cloroplastos de las hojas verdes y en los amiloplastos, estos últimos son los órganos de almacenamiento en las semillas y tubérculos. Las fuentes potenciales más importantes de almidones son los granos de cereales (40-90% de su peso seco), leguminosas (30-50% de su peso seco), tubérculos (65-85%) de su peso seco) y frutas inmaduras o verdes (40-70% de su peso seco) (Guilbot & Mercier, 1985).
Estructuralmente, el almidón consiste de dos polisacáridos químicamente distinguibles: la amilosa y la amilopectina. La amilosa es un polímero lineal de unidades de glucosa unidas por enlaces α (1-4), en el cual algunos enlaces α (1-6) pueden estar presentes. Esta molécula no es soluble en agua, pero puede formar micelas hidratadas por su capacidad para enlazar moléculas vecinas por puentes de hidrógeno y generar una estructura helicoidal que es capaz de desarrollar un color azul por la formación de un complejo con el yodo (Knutzon y Grove, 1994). Mientras que la amilopectina es un polímero ramificado de unidades de glucosa unidas en un 94-96% por enlaces α (1-4) y en un 4-6% con uniones α (1-6). Dichas ramificaciones se localizan aproximadamente a cada 15-25 unidades de glucosa. La amilopectina es parcialmente soluble en agua caliente y en presencia de yodo produce un color rojizo violeta (Guan y Hanna, 2004).
Los almidones nativos de las diferentes especies de vegetales tienen como característica fundamental que sus propiedades fisicoquímicas y funcionales estarán influenciadas por sus estructuras granular y molecular (Wang y White, 1994). Las propiedades más importantes a considerar para determinar la utilización del almidón en la elaboración de alimentos y otras aplicaciones industriales incluyen las fisicoquímicas: gelatinización y retrogradación; y las funcionales: solubilidad, hinchamiento, absorción de agua, sinéresis y comportamiento reológico de sus pastas y geles (Wang y White, 1994).
MATERIALES Y MÉTODOS
Materia prima
Las diferentes muestras como ser camote, oca, plátano, aproximadamente 2 kilos, se compraron en el mercado “Abasto” (Santa Cruz), a un mismo proveedor a fin de minimizar la posibilidad de mezclas de variedades y la manga fue recolectada del Balneario “Cupuazú”, ubicado en la Av. Montecristo, casa Nº 325. Solo se procesaron aquellas muestras libres de daño microbiológico y físico.
El presente trabajo de investigación es de tipo experimental, prospectivo y transversal, realizados en un período de 3 meses, en las instalaciones del Instituto de Investigación de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas y Bioquímicas (IICFB) de la Universidad Autónoma Gabriel René Moreno, Santa cruz-Bolivia.
EXTRACCIÓN DE ALMIDÓN (Dadzie, B.K. & Orchard J.E., 1997, con modificaciones
de Olguin, N.X. & González, A.)
Se realizó la selección eliminando los frutos y tubérculos que presentan daño por hongos, insectos o daño mecánico. Se remojaron en una solución de 10 ppm de Cloro en agua, durante 5 minutos. Los frutos se lavaron con abundante agua potable, para eliminar el Cloro y algunas impurezas. Las muestras remojadas, se pelaron en forma manual, retirando la cubierta, luego se colocaron en una solución de Metabisulfito de sodio. Con una licuadora Osterizer de cocina, se licuaron los frutos en combinación con agua en una proporción 1:1 (fruto: agua), por 5 minutos, lo que originó una masa húmeda constituida por, fibra, proteína y almidón. Se incorporó 1 litro de agua con agitación manual durante 5 minutos. El resultado de la primera molienda se hizo pasar 3 veces a través de un tamiz comercial (marca Retsch), de 200 micrones dejando pasar proteínas, fibra fina y almidón.
En esta operación se incorporaron 2 litros de agua, para arrastrar la mayor cantidad de almidón contenido en la masa húmeda, esta última operación se hace al final de cada tamizado. En forma paralela se volvió a licuar el material que pasó a través del tamiz, para dividir aún más la matriz que contiene a los gránulos de almidón. Posteriormente se hace pasar a través de un tamiz de 150 micrones, reteniendo la fibra gruesa, dejando pasar proteínas, fibra fina y almidón. Se deja reposar en baño de hielo durante 3 horas.
Se eliminó el sobrenadante por sifoneo y se resuspendió el sedimento en 1 litro de agua, con agitación manual durante 5 minutos. Se realiza un nuevo tamizado en un tamiz de 100 micrones para retener la fibra fina, y solo los gránulos de almidón y proteínas pasan. Se dejó
reposar el resultado del tamizado de 100 micrones durante 15 horas, de esta manera se separaran el agua y los taninos solubles. Una vez, que se retiraron por medio de lavados los taninos y proteínas aun presente, se dejó secar en horno de aire a 50-60°C. Se molió en mortero el almidón seco, para su posterior análisis. Se utilizó agua normal.
Figura 1. FLUJOGRAMA DE EXTRACCIÓN DE ALMIDÓN:
Último tamizado en 150 µm Selección de la materia prima Tamizado en 200 µm (3 veces) Pelado y picado Licuado Lavado Reposo en baño de hielo (3 hrs.) Resuspensión de sedimento Tamizado en Secado Molido Envasado 23
Una vez obtenido el almidón se calculó el rendimiento mediante la siguiente fórmula:
Rendimiento % =
Almidón obtenido (g)Pulpa comestible (g)
𝑋𝑋 100
ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN CENTESIMAL
Composición Centesimal: Para la composición Centesimal de los almidones nativos se
utilizaron los métodos propuestos por el INLASA para % de Humedad. % Cenizas, % de Proteínas, % de Lípidos y % de Glúcidos Totales.
Los resultados de glúcidos totales % en almidón se multiplicaron por el factor 0.9 y para Proteínas por el factor 6.25.
ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES FUNCIONALES
Poder de hinchamiento, solubilidad y absorción de agua
Se realizó según Schoch y Anderson con ciertas modificaciones de Araujo, Rincón y Padilla (2004): en un rango de temperatura de 60ºC a 90ºC, 4 g de almidón fueron trasvasados cuantitativamente con 200 ml de agua a un balón de 500 ml de tres bocas, dentro del cual se introdujo un agitador magnético. En la boca central del balón se conectó un refrigerante y en una de las otras dos bocas un termómetro, a la tercera abertura se le coloca un tapón que puede ser removido durante el análisis. El balón se colocó sobre una plancha de calentamiento con agitación. El termostato fue ajustado de tal manera que la temperatura aumentara 1,5°C/min y se agitó a una velocidad constante, que permitiera mantener el
almidón en suspensión durante el calentamiento. A intervalos de 5 min, entre 60°C y 90°C se tomaron alícuotas de 10 ml de la suspensión, colocándolas en tubos de centrifuga previamente pesados. Los tubos de centrifuga con la alícuota a temperatura ambiente son nuevamente pesados (A). Se centrifugó a 2200 rpm. en una centrifuga marca Presvac durante 15 min.
El líquido sobrenadante se decantó en cápsulas de vidrio previamente taradas. Las cápsulas fueron secadas en estufa de secado a 60°C marca Binder hasta peso constante, colocadas en desecador y pesadas (b). Los tubos de centrifuga con el residuo fueron también pesados (a). Se realizaron los siguientes cálculos:
W1 = % almidón en base seca en la suspensión W1 = (Peso almidón en base seca (g) x 100 Peso almidón en base humedad (g) + 200)
W2 = almidón en cada alícuota W2 = A x W1
100
W3 = almidón residual en el sedimento de cada alícuota W3 = W2 – b
% SS (% Sólidos solubles (g / g almidón)) = (b / W2) x 100 AA (agua absorbida g / g almidón) = a - W3 / W3
PH (Poder de Hinchamiento) = a x 100 / W2 x (100 - % SS) A = peso de alícuota (g)
a = peso del sedimento en el tubo b = peso del residuo en la cápsula
CARACTERIZACIÓN FÍSICA
Micrografía
Se realizó una dispersión de almidón al 1% (p/p), que fue sometida a diferentes temperaturas de 50-90oC, con agitación constante y observando la morfología de los gránulos a cada una de las temperaturas, realizado en un microscopio marca (Boeco BM 2000).
Color
La determinación de color fue realizada con el aparato colorímetro marca Minolta, modelo Chroma meter CR–3000 (Japón), sistema CIELAB Color Space, por reflectancia. Los parámetros de color medidos con relación a la placa de color blanca (L=97,02; a= 0,04; b=2,02), fueron: Luminosidad (L) (que varía del color negro (0) al color blanco (100); a* que varía de color verde (-60) a rojo (+60); b* que varía de color azul (-60) a amarillo (+60).
Los resultados fueron expresados en valores de L, a*, b*. Fotos del equipo utilizado se encuentra en los laboratorios de la Empresa Princesa.
Análisis Estadísticos
Se realizó un diseño completamente aleatorizado, con 4 tratamientos y 2 repeticiones. El análisis estadístico de los resultados para la composición centesimal fue realizado con el programa computacional SISVAR versión 4.6 (build 62). Cuando el análisis de varianza 26
mostró diferencia significativa, se hizo la comparación entre medias por la prueba de Tukey, a 5 % de probabilidad (FERREIRA, 2000).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La Tabla I muestra los resultados del rendimiento en la obtención del almidón extraídas de las diferentes fuentes. Se puede apreciar que el camote (Ipomoea batatas L.), posee el mayor rendimiento, seguido del plátano "macho" (Musa paradisiaca L.), oca (Oxalis tuberosa), quedando con el menor rendimiento la manga “rosita” (MangIfera indica L.).
TABLA I. Rendimiento de la extracción de almidón
Fuente: Elaboración Propia. IIFCFB, UAGRM-2013
Pérez; Pacheco (2005), reportaron un rendimiento de 11,45%, para el caso de la extracción del almidón de camote en Perú. El rendimiento del almidón de camote evaluado en este estudio (12.98%), fue mayor al reportado en Perú.
La Tabla II muestra los resultados del análisis químico de los diferentes almidones aislados. Bajo condiciones atmosféricas normales, muchos almidones comerciales nativos contienen
Muestra Pulpa comestible (g) Almidón obtenido (g) Rendimiento (%) Plátano 1033.68 113.34 10.96 Manga 1806.76 26.45 1.46 Camote 2160.62 280.59 12.98 Oca 1273.35 73.104 5.74 27
entre 10 y 20 % de humedad (Takeda et al., 1986). La humedad en almidones típicamente se equilibra a 12% de humedad (Thomas et al. 1999).
García y Raleigh (1998), reportan un contenido de humedad entre 9,81 y 14,32% en almidón extraído de diferentes variedades de batata peruana. La humedad del almidón de camote evaluado en este estudio (8,03%), es menor al rango mencionado anteriormente. Estos valores de humedad son los adecuados para lograr un mayor y estable período de almacenamiento, ya que a estos valores, el desarrollo microbiano es muy lento (Jay, J.M, 1996).
Madhusudhan et al. (1993), reportan entre 0,05 a 0,15 % de proteína en el almidón aislado de diferentes variedades de batatas. De igual manera (García y Raleigh, 1998), sin embargo, reportan hasta 0,30% de proteína en el almidón de algunas variedades de batata peruanas. El contenido de proteína para el almidón de camote analizado en este estudio (0,37%), se encuentra un poco elevado en relación a lo establecido en la bibliografía mencionada anteriormente.
TABLA II. Composición Centesimal de los almidones de diferentes fuentes
*Letras diferentes en la misma columna indica diferencia significativa a p<0,05; 1Betancur (2001), 2 Hernández-Medina et al. (2008)
Fuente: Elaboración Propia. IIFCFB, UAGRM-2013
Muestra Humedad % Cenizas % Proteínas % Lípidos % ENN % Plátano 10.96 a 0.27 c 2.00 b 0.57 d 86.20 c Manga 11.11 a 0.74 a 6.37 a 2.39 a 79.39 d Camote 8.03 b 0.31b 0.37 d 1.13 b 90.16 a Oca 10.84 a 0.18 d 1.33c 0.89 c 86.76 b Papa1 19 0.40 0.06 0.05 80.58 Maíz1 9.9 0.06 0.10 0.35 89.13 Camote2 9.48 0.26 0.22 0.31 89.55 28
Como se puede observar los valores obtenidos para la composición centesimal de los diferentes almidones presentan valores similares a los reportados por en otras investigaciones, como es el caso del camote que presenta valores muy parecidos a los reportados por Hernández-Medina et al (2008). Comparando los resultados presentados en este estudio con los obtenidos para papa y Maíz, los valores para ceniza, proteína y lípidos son mayores, esto debido probablemente a la diferencia de métodos de extracción, aunque no hayamos encontrado literatura específica para compararlos.
Existen reportes de contenido de ceniza en el almidón de batata, para diferentes especies, que muestran valores entre 0,17 y 1,78 % (García y Raleigh, 1998). Las cenizas del almidón de camote evaluado en este estudio (0,31%), se encuentran en el rango mencionado anteriormente.
El almidón de manga es el que presento los mayores valores para cada uno de los parámetros de la composición centesimal, por ende es el que presenta menor valor de ENN.
La tabla III muestra los resultados de glúcidos totales y almidón. La manga presentó mayor porcentaje glúcidos (83.19%), seguido del camote (72.62%), plátano (72.48%) y por último la oca (64.39%) manteniendo la misma relación para el porcentaje de almidón.
TABLA III. Valores de Glúcidos Totales y almidón de diferentes fuentes
*Letras diferentes en la misma columna indica diferencia significativa a p<0,05; 1Betancur (2001), 2 Hernández-Medina et al. (2008) **Glúcidos % x 0,9
Fuente: Elaboración Propia. IIFCFB, UAGRM-2013
ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES FUNCIONALES
Los resultados de las propiedades funcionales se muestran en las Figuras 2, 3 y 4 con sus respectivos gráficos de regresión donde se puede observar la ecuación de la curva lineal y su valor de R2.
Figura 2. % Sólidos solubles (%SS)
y = 0,2876x - 14,822 R² = 0,9431 y = 0,1389x + 0,6837 R² = 0,9401 y = 0,2056x - 11,362 R² = 0,9804 y = 0,3643x - 21,09 R² = 0,9934 0 2 4 6 8 10 12 14 55 60 65 70 75 80 85 90 95 % SS Camote % SS Oca % SS Mango % SS Platano
Muestra Glúcidos %* Almidón %**
Plátano 72.48 ab 65.23 ab
Manga 83.19 a 74.87 a
Camote 72.62 ab 65.35 ab
Oca 64.39 b 57.95 b
Se puede observar que el porcentaje de sólidos solubles de los almidones analizados presentan un incremento con respecto al aumento de temperatura. El %SS fue significativamente mayor en el almidón de Oca con respecto a los demás almidones a partir de 70ºC (Figura 2).
Figura 3. Absorción de Agua (AA)
Se observó un perfil de incremento en los valores de absorción de agua (AA) en respuesta al aumento de temperatura para todas las muestras. La AA fue significativamente mayor en el almidón de Oca con respecto a los demás almidones a partir de 70ºC (Figura 3). Este comportamiento indica una propiedad funcional deseable en los almidones a emplearse en la formulación de pastas. En el desarrollo de películas comestibles la AA es un parámetro importante, ya que indica la capacidad del polímero para interactuar con el agua de solvatación y es una medida indirecta de las características físicas (consistencia) de la dispersión formada (Crosbie, 1991).
y = 0,9384x - 51,727 R² = 0,9687 y = 0,7763x - 28,059 R² = 0,9468 y = 0,5908x - 35,088 R² = 0,9674 y = 0,4714x - 25,506 R² = 0,9405 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 55 60 65 70 75 80 85 90 95 AA Camote AA Oca AA Mango AA Platano 31
Figura 4. Poder de Hinchamiento (PH)
El poder de hinchamiento de los almidones obtenidos de diferentes fuentes se muestran en la Figura 4. El almidón de oca presentó los mayores valores para este parámetro entre 80 y 85ºC. En todos los casos se observó un incremento de hinchamiento en los gránulos de almidón desde 50 hasta 90ºC.
Micrografías
Los resultados para la micrografía se muestran en las figuras 5 a 8.
y = 0,9384x - 50,727 R² = 0,9687 y = 1,0309x - 44,46 R² = 0,8916 y = 0,5909x - 34,094 R² = 0,9674 y = 0,4714x - 24,509 R² = 0,9403 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 55 60 65 70 75 80 85 90 95 PH Camote PH Oca PH Mango 32
Figura 5. Gránulos de almidón de plátano.
Figura 6. Gránulos de almidón de manga.
Se observó que el gránulo de almidón de plátano presenta una forma ovalada irregular y una temperatura de gelatinización a partir de los 70oC. El gránulo de almidón de manga presenta una forma ligeramente esférica (elipsoidal), con una temperatura de gelatinización a partir de los 70oC.
Figura 7. Gránulos de almidón de camote. Figura 8. Gránulos de almidón de oca.
Se observó que el gránulo de almidón de camote presenta una forma esférica, presenta una temperatura de gelatinización a partir de los 70oC. El gránulo de almidón de oca presenta una forma ovalada, y su temperatura de gelatinización fue a partir de 60oC
Los resultados para la prueba de color se presentan en la Tabla VII.
TABLA VII. Color de los almidones de diferentes fuentes
Fuente: Elaboración propia. IIFCFB – UAGRM–2013
Como se puede observar el almidón de camote es el que presenta la mayor luminosidad, seguido del almidón de oca y menor tendencia al verde y al amarillo lo que le da una característica de mayor blancura. Ya para el plátano y la manga presentaron menor luminosidad y una mayor tendencia hacia el amarillo lo que le confiere una tonalidad con tendencia al color crema.
Sánchez Rivera (2004), en su trabajo de maestría obtuvo almidón de plátano nativo con un valor de luminosidad de 81,53 lo que se compara al obtenido en este estudio.
Palomino, Molina y Pérez (2010) estudiando como fuente de almidón el ocumo chino y ocumo criollo reportaron valores de L para el ocumo chino muy próximos (93,27) a los encontrados en este estudio para camote y oca. Para el ocumo criollo (84,96) que tiene más similitud comparándolo al del almidón de plátano y manga.
Muestra L a* b* Plátano 82,23 -1,11 10,52 Manga 80,13 -4,05 9,36 Camote 95,46 -1,26 1,36 Oca 92,68 -1,04 1,84 34
CONCLUSIÓN
Se logró la extracción de almidón de las diferentes fuentes como ser la manga, el camote, la oca y el plátano.
El análisis químico realizado reportó que el almidón de manga posee los mayores porcentajes de cada una de las pruebas realizadas.
Con relación a las propiedades funcionales se observó que el almidón de oca fue significativamente mayor con respecto a los demás almidones en las pruebas realizadas, en el caso del % SS fue a partir de 70ºC, en cuanto al Poder de Hinchamiento entre 80 y 85ºC y la AA fue mayor a partir de 70ºC.
Mediante las pruebas físicas se logró observar la morfología de los gránulos de los diferentes almidones extraídos. La prueba de color reportó que el almidón de camote presenta la mayor luminosidad, seguido del almidón de oca y menor tendencia al verde y al amarillo lo que le da una característica de mayor blancura.
AGRADECIMIENTO
Al Instituto de Investigación de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas y Bioquímicas de la UAGRM por el financiamiento otorgado para la realización de este proyecto.
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CAPITULO III
MODIFICACIÓN DE ALMIDÓN NATIVO DE CAMOTE (Ipomoeba batata) POR MEDIO DE PRE-GELATINIZADO Y OXIDACIÓN
Native sweet potato (Ipomoeba batata) starch modification by using oxidation and pre-gelatinization
EDWIN LOAYZA-SILES1 ABEL GONZÁLEZ-GALÁN2
1
Licenciado en Bioquímica con la Mención de Bromatología de la Carrera de Bioquímica – FCFB – UAGRM
2
Doctor en Ciencias de los Alimentos. Docente- Investigador. Coordinador del Laboratorio de Bromatología y Nutrición. IIFCFB - UAGRM
Correo para correspondencia: [email protected]
Resumen
La modificación de los almidones en la industria ha retomado fuerza ya que el almidón nativo por sí mismo confiere algunas propiedades físicas a los alimentos o productos que se elaboren con el mismo, pero estas características muchas veces se ven limitadas a la demanda de los requerimientos del producto para subsanar este límite se recurre a la modificación del almidón nativo por algún método dándole así un aumento y mejora de sus propiedades funcionales otorgando así mejores cualidades del producto final que se requiera elaborar. La modificación del almidón para su uso en la industria, se ha estado explayando debido a que tiene un bajo costo y mucha utilidad con los avances tecnológicos sobre la elaboración de alimentos y subproductos de los mismos para utilidades no solo alimentarias. En el presente trabajo se realizara una comparación de los distintos tipos de almidones modificados para poder así caracterizarlos conforme al cual presenta mayor utilidad. El objetivo de este trabajo es lograr modificar almidón nativo de camote por oxidación y pre-gelatinización para evaluar las características funcionales, físicas de los almidones modificados, aprovechar su utilidad y estudiar los cambios físicos y funcionales de los mismos. Se realizó la modificación del almidón nativo de camote (Ipomoea batatas L.) por medio de oxidación a distintas concentraciones (0.05%,0.10%,0.15% de Permanganato de potasio) y pre-gelatinización donde se le realizaron análisis de sus propiedades funcionales como temperatura de gelatinización, el poder de hinchamiento (PH) y absorción de agua (AA) y micrografía de la gelatinización de los mismos. Los resultados indican que el almidón pre-gelatinizado presentó una temperatura final de gelatinización de 85°C y una viscosidad muy baja comparando con los otros almidones modificados que a su vez son menores que la del almidón nativo de camote. De los almidones oxidados el que presento la temperatura final más baja de gelatinización fue con una concentración de 0,15% de permanganato. Con relación al poder de hinchamiento y absorción de agua se destaca el almidón oxidado al 0,10%. Con relación al congelamiento, los almidones presentaron muy poca pérdida de agua, a diferencia de la conservación bajo refrigeración donde el almidón nativo presento una pérdida de aproximadamente 44,32% seguido por el almidón pregelatinizado con 20,85%. Los almidones oxidados resistieron los 3 ciclos de congelación con una perdida mínima. Las modificaciones 41
realizadas al almidón nativo de camote pueden ser de mucha utilidad en la industria de alimentos y farmacéutica.
Palabras Claves: almidón modificado, gelatinización, poder de hinchamiento, sinéresis
Introducción:
El almidón lo clasificaremos para una mejor comprensión en almidón nativo y almidón modificado.
Según Meneses et al. 2007, el almidón es un polímero natural cuyos gránulos consisten en estructuras macromoleculares ordenadas en capas y cuyas características en cuanto a composición, cantidad y forma varían de acuerdo con el tipo de fuente de la que provenga. En pocas palabras almidón nativo es el almidón propiamente dicho extraído de la fuente sin modificarlo. Los almidones nativos se utilizan porque regulan y estabilizan la textura de los alimentos y por sus propiedades espesantes y gelificantes.
Sin embargo, la estructura nativa del almidón a veces resulta poco eficiente, ya que ciertas condiciones de los procesos tecnológicos, como temperatura, pH y presión, reducen su uso en aplicaciones industriales al provocar una baja resistencia a esfuerzos de corte, descomposición térmica, alto nivel de retrogradación y sinéresis (Amani et al., 2005).
Los almidones naturales pueden modificarse químicamente para producir cambios físicos que contribuyen a la estabilidad, apariencia, comodidad y funcionamiento en la preparación de los alimentos (Guevara, 2014). A continuación se describe algunos ejemplos de almidones modificados utilizados en la elaboración de alimentos:
Almidón pre-gelatinizado: El almidón puede modificarse por medios físicos con la finalidad de convertirlos en almidón pre-gelatinizados. Estos almidones a nivel industria son llamados pre-geles o almidones instantáneos. Actualmente estos almidones son muy usados en las diferentes industrias por las propiedades que pueden
proveer a productos alimenticios y farmacéuticos, mejorando las características de viscosidad y textura (Manrique-Quevedo, 2009)
Estos almidones tienen la propiedad de que pueden dispersarse en agua fría sin necesidad de someterse a cocción. Pueden utilizarse como aditivos estabilizantes, retenedores de humedad y espesantes. (Martínez-Bustos et al., 2005). En la industria farmacéutica se utiliza para diluir, para aglutinar, lubricar o desintegrar diversos productos sólidos, elaboración de cremas o lociones de uso dermatológico. (Bagalopalan et al., 1988)
Almidón oxidado: Es un almidón que sido oxidado. como modificación química, pues al llevarse a cabo la oxidación en medio ácido, conjuntamente con la oxidación se produce parcialmente la hidrólisis de éste. Esto trae como consecuencia una disminución del peso molecular, con la consecuente disminución de la viscosidad, aumento de la transparencia de los geles, aumento del poder hidrofílico y disminución de la retrogradación. Esta variación de las propiedades, sugiere la posibilidad de la utilización de esta modificación de almidón como agente aglutinante en tabletas. Por otro lado, del análisis de correlación lineal entre el contenido de grupos carbonilos y carboxilos con la viscosidad, la capacidad de hinchamiento y la temperatura de gelatinización, se pudo comprobar que la presencia de grupos carboxilos al ser minoritaria, tiene un efecto menos marcado sobre las propiedades del almidón. (DÍAZ-MOLINA, M. y CARRERAS-COLLAZO, 1999)
Después de la viscosidad, la cualidad estética más importante de las pastas y geles de almidón es su apariencia visual que se considera por su claridad, transparencia u opacidad. Por ejemplo, en casos en que el almidón es usado como agente espesante en salsas y aderezos, la opacidad es deseable ya que resalta el color brillante de los productos. Pero en otros casos una máxima transparencia es deseable. En general, la claridad de las pastas y geles está relacionada con el estado de dispersión de los solutos y la tendencia a retrogradar del almidón. Esta propiedad se mide por la capacidad que tengan las pastas o geles de almidón para transmitir la luz cuando son sometidos al paso de un haz radiante (CYTED, 2000).
Usos de los almidones modificados
Quesos: Con la introducción de almidón en reemplazo de la caseína hay ahorros importantes de dinero y no se requieren cambios al proceso de producción. Además de darle una excelente apariencia al queso y un mejoramiento en la firmeza.
Mayonesa y salsas: El almidón actúa como un emulsificante. Con ese producto y el 80% del aceite vegetal se puede fabricar mayonesa o salsas para ensalada.
Crema pastelera: El almidón usado para hacer crema pastelera otorga alta densidad, estabilidad al frío y controla la sinéresis.
Dulcería: el almidón junto con el azúcar actúan como fijadores de sabor.
Carnes: el almidón incrementa de retención de agua. Estas carnes reciben el nombre de carnes emulsificadas.(QSI, 2012)
MATERIALES Y MÉTODOS
MÉTODOS DE OBTENCIÓN DE ALMIDONES MODIFICADOS
El almidón nativo se aisló de frutos de camote (Ipomoea batata) usando un procedimiento a escala planta piloto (Olguín Arancibia y González Galán, 2013). (Anexo 1).
Almidón Pre-gelatinizado
Se prepara en un recipiente una solución de almidón al 5%, esta solución se calentó hasta la formación de gel, luego se puso a secar en una estufa de secado binder a 60 °C. Una vez secado se procede a triturar hasta polvo fino y se cernió en un cernidor de 100 µm.
Almidón oxidado.
Se realizó según metodología de Díaz-Molina y Carreras-Collazo (1999) con ciertas modificaciones, en un beaker de 600 mL se preparó una suspensión acuosa de almidón nativo al 30-50 % de concentración y se colocó en un baño de agua Dubnoff termostatado Marca Quimis modelo MLW, ajustándose la temperatura a 35 °C. Se mantuvo con agitación mecánica constante con agitador modelo RM3T, a una velocidad de 600 r. p.m. En estas 44
condiciones, se añadió ácido sulfúrico al 30 % hasta un pH=1, añadiéndose entonces la cantidad de permanganato de potasio seleccionada (0,05-0,15 %). Transcurrido el tiempo de reacción (1-3 horas) se ajustó el pH con una solución de hidróxido de sodio al 3 % a un valor entre 5 y 6; la suspensión se filtró al vacío, y al sólido recolectado se le añadió 200 mL de solución de metabisulfito de sodio al 5 %, dejándolo en agitación durante 15 min. Se filtró y luego se lavó 3 veces con agua destilada y finalmente la torta húmeda se secó en estufa con circulación de aire a 60 °C. Se trituro y se cernió por un cernidor de 100 um.
Poder de hinchamiento, solubilidad y absorción de agua
Se realizó según Schoch y Anderson (año) con ciertas modificaciones de Araujo, Rincón y Padilla (2004), a las cuales se le hicieron algunas modificaciones. 4 g de almidón fueron trasvasados cuantitativamente con 200 ml de agua a un balón de 500 ml de tres bocas, dentro del cual se introdujo un agitador magnético. En la boca central del balón se conectó un refrigerante y en una de las otras dos bocas un termómetro, a la tercera abertura se le coloca un tapón que puede ser removido durante el análisis. El balón se colocó sobre una plancha de calentamiento con agitación. El termostato fue ajustado y se agitó a una velocidad constante, que permitiera mantener el almidón en suspensión durante el calentamiento. A intervalos de 5 °C. Entre 60°C y 95°C se tomaron alícuotas de 10 ml de la suspensión, colocándolas en tubos de centrifuga previamente pesados. Los tubos de centrifuga con la alícuota a temperatura ambiente son nuevamente pesados (A). Se centrifugó a 2200 rpm. En una centrifuga Presvac DCS-16-rv. Durante 15 min. El líquido sobrenadante se decantó en cajas petris previamente taradas. Las cajas fueron secadas en estufa blinder a 60°C hasta peso constante, colocadas en desecador a vacío y pesadas (b). Los tubos de centrifuga con el residuo fueron también pesados (a). Se realizaron los siguientes cálculos:
W1 = % almidón en base seca en la suspensión
W1 = (Peso almidón en base seca (g) / Peso almidón en base humedad (g) + 200) x 100
W2 = almidón en cada alícuota W2 = A x W1 / 100
W3 = almidón residual en el sedimento de cada alícuota W3 = W2 - b
% SS (% Sólidos solubles (g / g almidón)) = (b / W2) x 100 AA (agua absorbida g / g almidón) = a - W3 / W3
PH (Poder de Hinchamiento) = a x 100 / W2 x (100 - % SS) A = peso de alícuota (g)
a = peso del sedimento en el tubo b = peso del residuo en la cápsula
Humedad
Para determinar la humedad se utilizo el analizador de humedad MAC 110/NH de la marca RADWAG mediante el siguiente proceso:
Una vez estabilizado el equipo se procedió al pesaje de los platillos del equipo cuando el equipo lo indica se tara a 0, se le añadió 2 gr. de muestra, se cerró la tapa y espero el análisis. Esta prueba se realizó haciendo duplicado por muestra.
Micrografía
Se preparó una solución de almidón en un vaso precipitado de 600 ml formado por 5 gr. De almidón y 95 ml de agua esta solución se calentó en una hornilla eléctrica se controlo la temperatura con un termómetro, a partir de los 50 °C. Se toma una muestra y se observa bajo el microscopio con un objetivo de 40X la estructura del granulo de almidón se repitió este proceso cada 5 °C hasta que haya formación de gel, también se realiza la apreciación visual de la formación del gel y se compara con la temperatura para comparar resultados.
Viscosidad:
Para la determinación de la viscosidad de los geles de los diferentes almidones se elaboraron soluciones al 1%, las cuales fueron calentadas hasta la formación y luego enfriadas hasta 25°C para medir su viscosidad utilizando equipo Fungilab modelo alpha serie utilizando los husillos
L2: pre- gelatinizado, L3: oxidado 0.15%, L4: oxidado 0.05%,0.10% y nativo. Los resultados se presentan como la media de dos medidas consecutivas expresadas en °centipoise (cP).
Estabilidad y claridad de las pastas de almidón
Se midió la estabilidad y la claridad de las pastas de almidón a temperatura ambiente y a 4°C. Para ello se suspendieron 0.2 g de una muestra de almidón en 5 mL de agua utilizando tubos de ensayo con tapa, los cuales fueron colocados en un baño de agua a ebullición por 30 min. Los tubos se agitaron vigorosamente cada 5 min. Después de enfriar a la temperatura ambiente, se determinó el porcentaje de transmitancia (%T) a 650 nm en un Espectrofotómetro visible marca BOECO con rango de longitud de onda 198-1000nm modelo S-30 utilizando agua como testigo. Las muestras por duplicado fueron colocadas a temperatura ambiente para ser medida el % de Transmitancia.
Estabilidad a la refrigeración y congelación
La estabilidad a la refrigeración y congelación (sinéresis) se evaluó por una modificación del método de Eliasson y Ryang (1992) en el cual se prepararon suspensiones al 9% de almidón, calentadas a 92 °C por 30 minutos con agitación constante, luego se almacenaron a una temperatura de refrigeración de 4 °C y de congelación a -18 °C durante 3 días que correspondieron a 3 ciclos. En cada ciclo se descongelaron las muestras y se centrifugaron durante 20 minutos a 3.000 rpm en una macro-centrífuga de laboratorio marca Rolco modelo CM2036 y se les determinó el porcentaje de pérdida de agua por ciclo.
Análisis de datos
Para el análisis de los datos obtenidos, se realizó un estudio completamente aleatorio, en donde se obtienen promedio de dos repeticiones en cada análisis realizado, y representación en forma de curvas y columnas donde fuera necesario su explicación.
Para la prueba de estabilidad al frio y congelación se utilizaron los 5 tipos de almidones (Nativo, Pregelatinizado, oxidado al 0,05%, 0,10% y 0,15%), dos tipos de conservación (Refrigeración a 4°C y Congelación a -18°C), 3 tiempos (24 hrs, 48 hrs, 72 hrs) y dos repeticiones. Con los resultados obtenidos se sometieron al análisis de varianza y la prueba de
