2.2. Bases teóricas
2.2.5. Propiedades funcionales del almidón y parámetros de calidad 2 67
67
2.2.5. Propiedades funcionales del almidón y parámetros de
68
amilopectina, esto ocasiona que sea insoluble en agua fría; sin embargo, cuando se calienta en exceso de agua (>70%) ocurre una pérdida de cristalinidad; originando que la forma semicristalina cambie a una forma eventualmente amorfa.
2.2.5.1. Tamaño del gránulo de partículas
El análisis granulométrico es una prueba necesaria, porque es importante conocer el reparto de tamaños de partícula que cada molino puede producir después de la molienda.
Es una operación unitaria que consiste en la separación de partículas de acuerdo a su diámetro de partícula. El tamiz es una serie de divisiones para caracterizar la distribución de tamaño de partículas. El espacio libre entre los hilos del tejido de un tamiz, se llama abertura de tamiz, con frecuencia se aplica la palabra” malla” para designar el número de aberturas existentes en una longitud de longitud. Un tamiz de malla 10 tiene 10 orificios en una pulgada y su abertura tendrá 0.1pulg menos el espesor del hilo; estos orificios son medidos en mm y el tamiz es llamado por números como también por micrón. Para esta prueba se dispone de una serie de tamices superpuestos, depositando en el superior una cierta cantidad de harina y zarandeado el sistema
69
durante un tiempo para que cada tamiz deje pasar todos los finos que la corresponde según su abertura.
Posteriormente los resultados se expresan en módulo de finura e índice de uniformidad. Que determina el tamaño de las partículas y la distribución de tamaños de los productos pulverulentos. El módulo de finura, representa que tan finos son las partículas de la harina y señala que mayor número de partículas finas, el módulo de finura será menor. El índice de uniformidad, indica la distribución de partículas finas y gruesas en el producto resultante. Las normas del ITINTEC, especifican acerca de la granulometría de las harinas, la obtención de productos finos contribuyen con la presentación y calidad final de los productos procesados. Por otro lado es importante considerar que los productores de harina, dan este nombre a todo producto resultante de la molienda que atraviesa la malla Nº 100. El tamaño ideal de partícula de fibra para el consumo humano, se ubica en un rango de 50 a 500um, tamaños mayores pueden afectar la apariencia del producto e impartir una sensación fibrosa, dificultando la masticación y deglución, tamaños menores pueden presentar problemas en la hidratación, al favorecer la formación de grumos,
70
ocasionar apelzamiento y por lo tanto compresión del producto Cruz, (2002) y Fuertes (1998).
Cálculo del Índice de finura
If = Σ %R x F 100 Donde:
%R = Porcentaje de masa retenida en cada malla f = Factor de cada malla (Nº de malla en forma
descendente)
2.2.5.2. Viscosidad Brookfield:
ISI (2002) señala que la viscosidad de un gel del almidón preparado por calentamiento indirecto es medida como una fuerza de torsión sobre una aguja rotante con temperatura y velocidad constante. En general el valor de la viscosidad en los geles de yuca con una concentración del cinco por ciento, a 25 °C, con una velocidad de 10 RPM, varía entre 840 -1 500 cP.
Geankopplis (1998), sostiene que la mayoría de los fluidos no newtonianos pertenecen a esta categoría e incluyen las soluciones o fusiones de polímeros. Las suspensiones de almidón, la mayonesa, ciertos fluidos biológicos, las suspensiones de detergente.
Garnica et al (2010), investigaron la caracterización funcional de los almidones nativos extraídos de clones
71
promisorios de papa (Solanum tuberosum L. subespecie andigena) donde la viscosidad (cp) determinado con el viscosímetro de broockfield, es de 770 -12920 cp de los clones.
2.2.5.3. Temperatura de gelatinización
La técnica usada por Grace en el año 1977 señalo que los gránulos del almidón son insolubles en agua fría;
cuando se calientan en solución a temperaturas altas alcanzan una temperatura específica e n la cual se inicia el hinchamiento de los gránulos. Esta temperatura es llamada temperatura de gelatinización. El valor de la temperatura de gelatinización en almidones de yuca varía entre 57,5-70 °C.
La gelatinización del almidón es un proceso que se da en presencia de agua en el cual, se pasa de un estado ordenado (estructura cristalina) a un estado desordenado en el que se absorbe calor; es decir, la gelatinización transforma a los gránulos insolubles del almidón, en una solución de sus moléculas constituyentes (amilosa y amilopectina) en forma individual. Los gránulos de almidón son insolubles en agua fría, pero se hidratan e hinchan en agua caliente dando origen a la formación de
72
pastas viscosas. Este hinchamiento de los gránulos de almidón es reversible hasta una cierta temperatura conocida como temperatura de gelatinización, la cual es característica de cada tipo de almidón y corresponde a la temperatura a la cual se alcanza el máximo de viscosidad, se pierde la birrefringencia y se rompen los gránulos solubilizando amilosa y amilopectina; la amilosa se difunde en el agua formando una malla y generando un gel y la amilopectina permanece en el gránulo para posteriormente perder su orden (Beynum y Roels, 1985;
Biliaderis, 1991; Hoover, 2001; Singh et al., 2003; Debet y Gidley, 2006)
Garnica et al. (2010) llevaron a cabo una investigación sobre las características funcionales de almidones nativos extraídos de clones promisorios de papa para la industria de alimentos donde la temperatura de gelatinización oscilo entre 61 a 65 °C, usando la técnica de Grace (1977)
2.2.5.4. Índice de solubilidad en agua
En la técnica usada por Anderson en 1969 señala que la propiedad de ciertos sólidos, como el almidón de formar mezclas homogéneas con algún disolvente liquido.Propiedad condicionada por el grado de
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solubilidad de la propia fibra, almidón, por el tamaño de las partículas y por el pH. El parámetro del índice de solubilidad en agua entre 0,27-12,32 por ciento. Como se señala en Villacrés y Espin (1998) el índice de solubilidad de agua en la papa es 0.51 ± 0.11
Garnica et al. (2010) llevaron a cabo una investigación sobre las características funcionales de almidones nativos extraídos de clones promisorios de papa para la industria de alimentos donde índice de solubilidad de agua presento valores de 0.74 a 5.29g soluble/g muestra.
Usando la técnica de Anderson et al. (1969).
2.2.5.5. Poder de hinchamiento
En la técnica usada por Anderson en 1969 señala que la propiedad de aumento de volumen que experimentan ciertas sustancias amorfas, como el almidón, por absorción de líquidos como el agua. El parámetro poder de hinchamiento en la yuca entre 0,79 y 15,45. Como se señala en Villacrés y Espin (1998) el poder de hinchamiento de la papa 2.02 ± 0.15 ab.
En Censano (1996) se puede encontrar un estudio sobre el porcentaje de hinchamiento a diferentes temperaturas de la papa tomasa; a 60 °C es 3.70%, 65 °C es 14.30%, 70 °C es 24.80% y 77.5°C es 52%.
74
Whistler (1984), sostiene que el grado de hinchamiento y solubilidad del granulo es utilizado para la caracterización de los almidones por el desarrollo de curvas sobre el rango de temperaturas de 65°C - 95°C.
Garnica et al. (2010) llevaron a cabo una investigación sobre las características funcionales de almidones nativos extraídos de clones promisorios de papa para la industria de alimentos donde el poder de hinchamiento en los clones de papa fue de 6.58% y 15.45%. Utilizando la técnica de Anderson et al (1969).
2.2.5.6. Índice de absorción de agua
En la técnica usada por Anderson en 1969 señala que cuando se calienta una suspensión acuosa del almidón, los gránulos se hinchan por una absorción progresiva e irreversible de agua aumentando su tamaño. La determinación de estos índices se mide aprovechando la capacidad de absorción del agua del granulo del almidón y la exudación de fracciones del almidón a medida que se incrementa la temperatura de las suspensiones del almidón. El índice de absorción de agua en el almidón de yuca varía entre 0,82 y 15,52 g gel/g muestra. Como se señala en Villacrés y Espin (1998) el índice de absorción de agua en papa 1.92 ± 0.06 b.
75
Garnica et al. (2010) llevaron a cabo una investigación sobre las características funcionales de almidones nativos extraídos de clones promisorios de papa para la industria de alimentos donde el índice de absorción de agua estuvo entre 6.5 y 15.45g gel/g muestra. Utilizando la técnica de Anderson et al (1969).
2.2.5.7. Colorimetría
Soliva, Oms, y Martín (2002), mencionan que la aplicación de la teoría tricromática al estudio del color de los alimentos proporciona una segura caracterización cromática mediante la metodología recomendada por organizaciones tales como la Comisión Internacional de Iluminación (CIE).
Luminosidad (L*)
La luminosidad (L*) o claridad, es utilizada en colorimetría para definir ciertos sistemas colorimétricos llamados sistemas cromáticos uniformes tales como CIE L*u*v*, CIE L*a*b*.Mc Guire (1992) menciona que la luminosidad, también llamada claridad, es una propiedad de los colores. Ella da una indicación sobre el aspecto luminoso del color estudiado: cuanto más oscuro es el color, la luminosidad es más débil. Este
76
término se asocia a veces con el concepto de valor, luminancia, brillo, luz.
Figura 6.Luminosidad de un objeto.
2.2.5.8. Claridad
La claridad indica el grado de transparencia de las pastas y está directamente relacionada con el estado de dispersión de los solutos y con la tendencia a la retrogradación de los almidones. La capacidad de estas pastas para transmitir la luz cuando son sometidos al paso de un haz radiante mide su claridad. Dispersiones de almidón al 1% (p/p) fueron preparadas suspendiendo 50 mg de almidón en 5 mL de agua, en tubos con tapón
77
de rosca. Los tubos fueron colocados en un baño maría a ebullición durante 30 min y con agitación cada 5 min.
Posteriormente los tubos fueron enfriados a temperatura ambiente y finalmente la transmitancia de las dispersiones fue leída en un espectrofotómetro a 650 nm y empleando como blanco agua destilada. El valor de la claridad en pastas de almidón varía entre 12,5-95 por ciento.
Garnica et al. (2010) llevaron a cabo una investigación sobre las características funcionales de almidones nativos extraídos de clones promisorios de papa para la industria de alimentos donde la transmitancia fue mayor del 40%. Usando la técnica de método de Bello-Pérez et al., 1999,
2.2.5.9. Material no amiláceo
El almidón seco es suspendido en agua y luego se observa la suspensión para detectar la materia no amilácea que sedimenta o flota. En la norma de ITINTEC 209.070 señala que existe método cualitativo dividido en A, B y C. Los cuales de acuerdo al método se determina en que porcentaje se encuentra el almidón mediante un patrón. El almidón patrón de Norma ITINTEC 209.604:
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Material no Amiláceo “A”: cuando sedimenta cubre un área no mayor de 15% del fondo de un matraz Erlenmeyer de 1 litro.
Material no Amiláceo “B”: cuando sedimenta cubre un área no mayor de 30% del fondo de un matraz Erlenmeyer de 1 litro.
Material no Amiláceo “C”: cuando sedimenta cubre un área no mayor de 50 % del fondo de un matraz Erlenmeyer de 1 litro.
La especificación analítica según la norma es que debe ser del tipo “B” o mejor.
2.2.5.10. Anhídrido sulfuroso
Se determina el anhídrido sulfuroso por titulación con yodo en una porción soluble de almidón o fécula secas.
El parámetro que representa es ≤50ppm, (ITINTEC 209.068).
2.2.5.11. Retrogradación
Hoover (2001) sostuvo que el enfriamiento del almidón posterior a la gelatinización ha sido denominado retrogradación. Es un proceso que implica insolubilización y precipitación espontánea de las moléculas de amilosa principalmente. Ello debido a que sus cadenas lineales se orientan paralelamente e
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interaccionan entre sí a través de sus múltiples grupos hidroxilos, por medio de puentes de hidrógeno. Durante la retrogradación, la amilosa forma asociaciones de doble hélice de 40-70 unidades de glucosa (Jane y Robyt, 1984). Cada almidón tiene una tendencia diferente a la retrogradación, la cual está íntimamente relacionada a la presencia de solutos como lípidos, sales, azúcares; al tipo y concentración de almidón, regímenes de cocimiento y enfriamiento; y a su contenido de amilosa.
Debido a que las ramificaciones de amilopectina impiden la formación de puentes de hidrógeno con moléculas adyacentes, es más difícil que éstas desarrollen la retrogradación.
Linden y Lorient (1994) señala que la retrogadacion es tanto más rápida cuanto más elevada sea la proporción de amilosa lineal. Este proceso de engrudado- solubilizacion-retrgradacion de los diversos almidones se comportan de manera diferente según su origen botánico, por ejemplo, la perdida de birrefrigencia sobreviene a temperatura mas baja en el almidon de trigo que en el papa o de maíz, siendo el almidón de arroz el mas termoresistente, por ende los almidones de papa y
80
yuca los que tienen mayor capacidad de hidratación y lo que hinchan a temperatura más baja.
2.2.5.12. pH y acidez
El valor de pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una muestra, mientras que la acidez titulable es una medida de la cantidad de acido presente. El pH es medido con un medidor de pH y la acidez titulable es determinada por titulación con hidróxido de sodio en el cambio final con fenolftaleina y es calculado por la presencia de ácidos presentes como acido láctico.
Técnica usada (ISI, 1999)
81 Tabla 6
Características físicas y químicas de distintos almidones Fuente
botánica
Tamaño (µm)
Intervalo
promedio Amilosa (%) Poder de humectación
Solubilidad
a 95”C Gelatinización Forma
Cebada 2-35 20 22 0 0 56-72 Redondo
Maíz regular 5-25 15 26 24 25 62-80 Redondo
Maíz cereo 5-15 15 ~1 64 23 63-74 Redondo
Amilomaiz 2-30 15 ≥80 6 12 85-87 Redondo
Papa 5-100 33 22 100 82 56-69 Almeja
Arroz 3-8 5 17 19 18 61-80 Poligonal
Sagu 20-60 25 27 97 0 60-74 Huevo
Sorgo 5-25 15 26 22 22 68-78 Redondo
Tapioca 5-35 20 17 48 48 52-64 Redondo
Trigo 2-35 15 25 41 41 53-72 Redondo
Camote 5-35 15 22 85 85 58-70 Almeja
Arrurruz 10-60 30 20 90 88 56-70 Almeja
Tabla adaptada de “composición de almidones, estructura y arquitectura” [Tester et al. 2004]
82 Tabla 7
Relación amilosa (A) / amilopectina (AP) y grado de hinchamiento de diferentes almidones.
Tamaño (µ)
A (%)
AP
(%) PH S
(%)
Espectro Rayos X Maíz 5-25
15 24 76 24 25 A
Waxy - Maíz
5-25
15 ˂1 ˂99 64 23 A
Amilón 5-25
15 70 30 6 12 B
Trigo 2-38
20 25 75 21 41 A
Fécula de patata
15-100
33 20 80 1.000 82 B
Mandioca 5-36
20 17 83 71 48 A
(Tabla adaptada de “Bioquímica Agroindustrial” [Linden y Lorient, 1994, p.283])
2.2.6. Aplicaciones agroindustriales de almidón.
Hernández et al. (2008) brindan una definición de las diversas aplicaciones del almidón que en la industria alimentaria se usa para la preparación de edulcorantes (glucosa, Fructuosa), además es sustituto de la harina de trigo, en la repostería, pastelería. ya que el almidón aumenta la esponjosidad y quebradez, ablanda la textura y además imparte el color dorado a la corteza. Además de la preparación postres como las mazamorras, flanes,
83
espesante y estabilizante en helados, gelatinas, sopas, salsas. También se usa como fuente de Alcohol para licores.
En la industria farmacéuticacomo materia prima para la fabricación de dextrosa (suero), además es mezcla para los comprimidos y pastillas, también como relleno en píldoras, tabletas y otros. En la industria textil se usa como engrudo o gel utilizado en las tintorerías para almidonar las ropas también sirve como material para dar apresto a los tejidos.
En engrudo presentado en forma de escamas del almidón hinchables o pre gelatinizadas para la fabricación de pasta de papel, papel couché, papel kraft, cartón. En la industria minera y petrolera se usa agente floculante en las minas de potasio y en las perforaciones petrolíferas, Materia Prima para el tratamiento de aguas usadas para metales pesados.
2.3. Desarrollo de las variables 2.3.1. Variable independiente
Variedades de papa
Egusquiza (2000), sostiene que existen miles de variedades con grandes diferencias de tamaño, forma, color, textura, cualidades y sabor, además de primera categoría, segunda categoría, tercera categoría y cuarta categoría.
84 Tabla 8.
Ficha técnica.
Variedades
Capiro Solanum andigenum
Huayro-Moro Solanum chaucha
Amarilis-Inia Solanum goniocalix
Época de cosecha Set.-Nov. Ene.-Jun. Set.-Nov.
Altitud 2500-3500 msnm 3300msnm 3200 msnm
Periodo vegetativo 6 meses 5 meses 4 meses
Abonamiento 180-200-180 (npk) 180-200-180 (npk) 180-200-180 (npk) Características de la
planta
follaje mediano Flor morado claro
Follaje abundante Flor roja violáceo
Follaje mediano Flor blanca
Características del tubérculo
forma oval,
semiachatada, ojos superficiales, piel lisa de color morado claro, carne blanca cremoso
Tuberculos largos cilidricos; rojo venoso con ojos numerosos y pulpa con pigmentación en anillo vascular
Tubérculo ovalado piel crema, con ojos superficiales de pulpa amarillenta con brotes cremosos.
Enfermedades
Alternaria Phytophtora i.
Oidiocis e.
Alternaria Phytophtora i.
Oidiocis e.
Alternaria Oidiocis e.
Plagas Gorgojo de los
andes, Polillas.
Gorgojo de los andes, Polillas.
Gorgojo de los andes, Polillas.
Rendimiento 35 tn/ha 20 tn/ha 30 tn/ha
Materia seca 25-30% 20-25% 20-30%
Nota: la tabla fue adaptada y ordenada con información del Ministerio de Agricultura (2008)
85 2.3.2. Variable dependiente
A. Índice de absorción de agua:
Los gránulos se hinchan por una absorción progresiva e irreversible de agua aumentando su tamaño.
B. Tamaño del gránulo de partículas:
Las harinas serán separados de acuerdo al diámetro de su partícula, este proceso comprende el tamizado la harina será pasado por mallas con un determinado orificio de 0.37;0.214;0.125 y 0.073mm.
C. Viscosidad Brookfield: La viscosidad de un gel del almidón preparado por calentamiento indirecto es medida como una fuerza de torsión sobre una aguja rotante con temperatura y velocidad constante.
D. Temperatura de gelatinización: Los gránulos del almidón son insolubles en agua fría; cuando se calientan en solución a temperaturas altas alcanzan una temperatura específica en la cual se inicia el hinchamiento de los gránulos.
E. Índice de solubilidad en agua:
Propiedad condicionada por el grado de solubilidad de la propia fibra, almidón, por el tamaño de las partículas y por el pH.
86 F. Poder de hinchamiento
Propiedad de aumento de volumen que experimentan ciertas sustancias amorfas, como el almidón, por absorción de líquidos como el agua.
G. Color
Característica sensorial del alimento, medición del Color objetivo: Son los Valores en el sistema CIELAB (L* a* b*) (L* C* h*) luminosidad, cromaticidad y ángulo de matiz.
H. Ceniza
Este método analítico proporciona una estimación del material mineral presente en la muestra de almidón incluyendo metales, sales y trazas de elementos.
I. pH y acidez
El valor de pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una muestra, mientras que la acidez titulable es una medida de la cantidad de acido.
J. Claridad
La claridad indica el grado de transparencia de las pastas.
K. Anhídrido sulfuroso
Consiste en la determinación de sulfitos que tiene el producto final
87 L. Material no amiláceo
Se determina para detectar la materia no amilácea que sedimenta o flota.
M. Gelatinización
Es un proceso que se da en presencia de agua en el cual, se pasa de un estado ordenado (estructura cristalina) a un estado desordenado en el que se absorbe calor
N. Retrogradación
Es un proceso que implica insolubilización y precipitación espontánea de las moléculas de amilosa principalmente.
O. Rendimiento de almidón
Se basa en el balance de masa que se realiza por cada operación unitaria.
88 2.4. Hipótesis de la investigación
2.4.1. Hipótesis general
Influye las tres variedades de papa (Solanum tuberosum) capiro, huayro, y amarilis-inia, cultivadas en la provincia de Jauja, en la calidad del almidón
2.4.2. Hipótesis estadística
Ho: Las propiedades funcionales del almidón obtenido de tres variedades de papa capiro, huayro, y amarilis-inia, son similares.
H0: T1 = T2=T3
Ha: las propiedades funcionales del almidón obtenido de tres variedades de papa capiro, huayro, y amarilis-inia, son diferentes.
H0: T1 ≠ T2≠T3
89
HIPOTESIS TIPO DE
VARIABLE VARIABLE DIMENSIONES INDICADORES
Influye las tres variedades de papa (Solanum
tuberosum) Capiro, Amarilis Inia, Huayro, cultivadas en la provincia de Jauja, en la calidad del almidón
Independiente Variedad de papa
Las variedades sepapa, pueden diferenciar por el color de la epidermis y de la pulpa, tamaño, forma, color, textura, cualidades, sabor, resistencia a enfermedades, duración del ciclo de cultivo. Son las variedades que serán evaluadas químicas y fisicoquímicamente.
Variedad capiro,
Variedad huayro-moro
Variedad amarilis-inia,
Dependiente Composición química y fisicoquímica
Mediante la composición fisicoquímica se da la determinación de las cualidades y la calidad del almidón en función al cumplimiento de los parámetros fisicoquímicos y químicos.
1. Determinación de humedad.
2. Determinación de grasa.
3. Determinación de fibra cruda.
4. Determinación de ceniza.
5. Tamaño de Partículas- granulometría 6. Temperatura de gelatinización
7. Poder de hinchamiento 8. Índice de absorción de agua 9. Índice de solubilidad de agua 10. Acidez y pH
11. Material no amiláceo 12. Anhídrido sulfuroso 13. Claridad
14. Colorimetría
15. Viscosidad de Brookfield 16. Retrogradación
17. Rendimiento
2.5. Variables (Operacionalizacion) Tabla 9
Operacionalización de variables independientes y dependientes.
90 CAPITULO III Método o procedimiento
3.1. Tipo de investigación
La investigación se desarrollo bajo un enfoque cuantitativo y cualitativo; por lo que el presente estudio es una Investigación Aplicada, (Valderrama 2005, p. 28)
3.2. Nivel de investigación
La investigación de acuerdo a Hernández (2009) tiene el alcance exploratorio, descriptivo y explicativo, porque se describe el fenómeno su situación y su contexto, además especifica las propiedades y características del objeto de estudio.
3.3. Métodos de investigación
El método que se utilizo en la investigación es el método científico, usaremos este método con el propósito de responder a nuestras preguntas. Se buscara investigar las variables en estudio.