TECNOLOGIA DE ALIMENTOS II
2014-II
TR A CC I ÓN DE AL MI TOPICO II: HIDROCOLOIDES: P ROCE S O DE EX TRA DO N
I.
FUNDA ME NT O TE OR I
CO
Los hidratos de carbono son una familia de sustancias ampliamente difundidas entre los alimentos que se caracterizan por obedecer a la fórmula empírica
C n H 2 n On
C n( H 2O ) n
Por tanto están constituidos por carbono hidró!eno " o#í!eno en proporción tal que pueden representarse como si cada átomo de carbono estu$iese unido a una mol%cula de a!ua cosa que no responde en absoluto a la realidad& 'n realidad estas sustancias químicamente son polihidro#ialdehidos o polihidro#icetonas constituidas por una o más unid unidade adess
fund fundam amen enta tale less
(mon (monos osac acár árid idos os))
que que
a su $ez $ez
son
mol% mol%cu cula lass
polih polihid idro ro#i #ial alde dehi hido doss
o
polihidro#icetonas simples deri$adas cadenas lineales de hidrocarburo que en las sustancias más habituales contienen ó átomos de carbono& La isomería posicional que presentan es e#tremadamente importante en estos compuestos& *ustancias con la misma fórmula empírica pueden tener propiedades mu" diferentes con sólo una diferencia en un carbono asim%trico& Los hidratos de carbono constitu"en por $olumen de producción " consumo la parte más importante de la tecnolo!ía a!roalimentaria especialmente teniendo en cuenta que comparados con !rasas " lípidos muchos hidratos de carbono requieren procesos de e#tracción "+o purificación (az,car almidón -arabes de#trinas)& Como alimentos los hidratos de carbono son los más baratos se obtienen con facilidad " en abundancia " son más fáciles de di!erir en comparación con los demás nutrientes&
II.
COMPONENTES DEL ALMIDÓN
'l almidón está constituido por unidades de !lucosa dispuestas en dos componentes. amilosa " amilopectina/ su proporción $aría de un tipo a otro se!,n sea su fuente& 'stas macromol%culas se caracterizan por su !rado de polimerización o ramificación lo cual afecta su comportamiento frente a los procesos de de!radación& 'l contenido de amilosa " el !rado de polimerización 0n,mero total de residuos anhidro!lucosa presentes di$idido por el n,mero de terminales reducidos0 son importantes en la determinación de las propiedades físicas químicas " funcionales del almidón& Por e-emplo el tama1o de los !ránulos del almidón muestra relación con la proporción amilosa+amilopectina&
a. Amilosa PÁGINA 1
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's un polímero lineal que consta de mol%culas de !lucosa unidas por enlaces !lucosídicos á00(345) el n,mero de unidades $aría entre los diferentes tipos de almidones pero !eneralmente se encuentra entre 3 666 unidades de !lucosa
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por mol%cula de amilosa " tiene forma de espiral& 'n un e#tremo de la macromol%cula la unidad de !lucosa contiene el hidro#ilo del carbono anom%rico (a) libre por lo cual se llama e#tremo reductor (7spinal 389:)& 'n el e#tremo opuesto o no reductor el hidro#ilo del carbono anom%rico forma parte del enlace !lucosídico (;i!ura )&
Figura 5: Esru!ura "# la amilosa
La abundancia de hidro#ilos otor!a propiedades hidrofílicas al polímero imparti%ndole afinidad por el a!ua& *in embar!o embar!o debido a su linealidad linealidad los polímeros polímeros de la amilosa tienden a a!ruparse a!ruparse mu" estrechamen estrechamente te en forma paralela mediante la formación de puentes de hidró!eno entre los hidro#ilos de los polímeros ad"acentes reduciendo así su afinidad por el a!ua& 'n soluciones diluidas el tama1o de a!re!ación de los polímeros se puede incrementar hasta el punto en que ocurre precipitación& 'n !eneral la estructura lineal de la amilosa fa$orece la formación de películas fuertes& 'ste fenómeno de asociación intermolecular entre las mol%culas de amilosa es com,nmente llamado retro!radación& La amilosa forma muchos comple-os insolubles con un !ran n,mero de mol%culas or!ánicas como alcoholes alifáticos ácidos mono!lic%ridos o ácidos !rasos lineales/ el comple-o !eneralmente precipita cristalizándose lo que permite hacer la separación con la amilopectina& La amilosa tiene afinidad por el "odo " sus mol%culas contienen se!mentos hidrofílicos e hidrofóbicos& 'l color del comple-o es característico de la amplitud de la cadena azul para un !rado de polimerización ma"or de 56 " ro-o pardo o amarillo para un $alor menor que este&
$. Amilo%#!i&a 's un polímero ramificado formado por cadenas lineales constituidas por 30: mol%culas de !lucosa unidas por enlaces a00(3<5)& 'stas cadenas están unidas entre ellas por enlaces a00(3<=) que forman los puntos de ramificación (;i!ura 9)& La amilopectina tiene 0 por ciento de enlaces a00(3<) " está constituida de alrededor de 366 666 mol%culas de !lucosa& 'l !ran tama1o " naturaleza ramificada de la amilopectina reduce la mo$ilidad de los polímeros e interfiere su tendencia a orientarse mu" estrechamente para permitir ni$eles si!nificantes de enlaces de hidró!eno& Como resultado los soles o soluciones acuosas de amilopectina se caracterizan por su claridad " estabilidad como medida de la resistencia a !elificarse durante el almacenamiento& Los soles de amilopectina no forman películas tan fuertes " fle#ibles como la amilosa " no forman un comple-o con "odo asociado con su coloración azul profunda& La amilopectina en sus estructuras lineales puede formar tambi%n comple-os/ pero como estas partes lineales
son cortas las h%lices que se forman son cortas " solo se pueden
introducir mol%culas peque1as dentro de ellas& La amilopectina puede formar comple-os de color rosa con el "odo "
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no puede formar comple-os con los ácidos !rasos&
Figura ): Esru!ura "# la amilo%#!i&a
Las cadenas lineales de los dos polímeros pueden formar h%lices con seis mol%culas de !lucosa por cada ciclo& 'n el caso de la amilopectina los enlaces a00(3<) son puntos de ruptura para la formación de las h%lices " ,nicamente pueden formarse h%lices cortas con las partes lineales de la mol%cula& 'n cambio h%lices constituidas de 326 mol%culas de !lucosa pueden formarse con la amilosa& 'l ni$el de amilosa encontrado en el almidón $aría dependiendo del ori!en& Auchos almidones tales como del maíz com,n tri!o papa " "uca contienen alrededor de 39029 por ciento de amilosa/ el maíz " el tri!o están en el e#tremo alto del ran!o mientras la papa " la "uca están en el e#tremo más ba-o& 'l almidón de "uca tiene entre 3E022 por ciento de amilosa& La estructura " la cantidad relati$a de ambos componentes del almidón -ue!an un papel importante en la determinación de las propiedades fisicoquímicas del almidón (Fabla 3)&
Ta$la Ta$ la ': Pro Pro i#" i#"a"# a"#ss "# lo loss !om o&# o&#&# &#ss "#l aalmi lmi"(& "(& Pro%i#"a"
Amilosa Am ilosa
Amilo%#!i&a
'structura
Lineal
>amificada
Lon!itud promedio de la cadena
7pro#& 3 666
2602
Peso molecular
56 666 hasta 36
266 666 hasta 368
?rado de polimerización
7pro#& 3 666
36 666@366 666
'n solución
H%lice e#tendida o enrollada
'sfera irre!ular
'stabilidad en soluciones acuosas
>etró!rada
'stable
7comple-amiento
Con facilidad
Con dificultad
>etro!radación
>ápida
Au" lenta
?el
;irme e irre$ersible
*ua$e " re$ersible
;ormación de comple-os
;a$orable
esfa$orable
Patrón de ra"os B
Cristalino
7morfo
i!estibilidad de la 0amilasa
Casi completa
Cerca de 6 D
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>eacción con "odo
38026 D
08 D
Color con la solución de "odo
7zul profundo
Gioleta
Lon!itud de onda má#ima (nm)
7pro#& 6
:606
;uente. *eist (38EE) " 7spinal (389:)& La or!anización intramolecular entre amilosa " amilopectina con enlaces hidró!eno entre los !rupos alcohólicos directamente o a tra$%s de mol%culas de a!ua conduce a la formación de zonas cristalinas (capas densas con un alto n,mero de ramificaciones) " amorfas I(capas menos or!anizadas ricas en puntos de enlaces á00(34)J& 'sto da al almidón una estructura semicristalina con propiedades específicas como la presencia de un cruce en el !ránulo ante una obser$ación con luz polarizada " la difracción de los ra"os B con tres tipos de espectro que permiten diferenciar los almidones de cereales raíces " tub%rculos& *in embar!o en esta clasificación ha" al!unas e#cepciones como la "uca que presenta un espectro similar al de los cereales&
III.
PROPIEDADES F*SICO+UIMICAS DEL ALMIDÓN
Las propiedades físicoquimicas son las que determinan el uso del almidón de "uca& 'ntre las propiedades físicoquimicas más importantes encontramos la composición pro#imal (contenido de proteína cruda e#tracto et%reo fibra cruda cenizas " humedad) las características del !ránulo (tama1o color " forma naturaleza cristalina) el peso molecular " el contenido de amilosa& 'l contenido de proteínas del almidón de "uca " de papa es ba-o cerca del 63 por ciento comparado con el de los almidones de arroz " de maíz (65 " 6: por ciento respecti$amente)& La proteína residual afecta el sabor " olor de los almidones de cereales " tienden a formar espuma&
Los !ránulos del almidón de papa " "uca contienen un peque1o porcenta-e de lípidos comparado con los almidones de cereales 0maíz " arroz0 los cuales contienen respecti$amente 6 " 69 por ciento& 'sta composición fa$orece al almidón de "uca "a que estos lípidos forman un comple-o con la amilosa la cual tiende a reprimir el hinchamiento " la solubilización de los !ránulos del almidón/ por esta razón se necesitan temperaturas altas (K 32 C) para romper la estructura amilosa0lípido " solubilizar la fracción de amilosa& La ma"or parte de estos lípidos son liso0fosfolípidos/ es decir una cadena de ácido !raso esterificada con ácido fosfórico& La presencia de sustancias !rasas puede crear problemas por la tendencia a la rancidez durante el almacenamiento&
Los !ránulos del almidón de "uca no son uniformes en tama1o " forma. son redondos con terminales truncados un n,cleo bien definido " su tama1o $aría entre 50: mm con un promedio de 26 mm& Los !ránulos de los almidones de arroz maíz " maíz ceroso tienen forma poli%drica poli%drica mientras que los !ránulos del almidón almidón de papa son o$oides " presentan los !ránulos de ma"or tama1o 0366 mm con un promedio de :: mm& 'l tama1o de los !ránulos de maíz
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"
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maíz ceroso es de 0:6 mm con un promedio de 3 mm similar al de los !ránulos del almidón de "uca& Los !ránulos más peque1os son del arroz los cuales $arían de :09 mm son considerados como los más resistentes a procesos con altas temperaturas temperaturas como la esterilización " poseen ma"or di!estibilidad& di!estibilidad& 'l Fabla 2 muestra la comparación de al!unas propiedades propiedades fisicoquímicas de $arios almidones& 'n al!unos almidones almidones el tama1o de los !ránulos de almidón muestra relación con su proporción amilosa+amilopectina &
Ta$la ,: Cara!#r-si!as "# los gr&ulos "# almi"(&
7lmidón
Fipo
Aorfolo!ía
Femperatura de Femperatura iámetro Contenido de !elatinización de (Mm) amilosa (D) (NC) !elificación (NC)
Propiedades de cocción
Aaíz
Cereal
>edondo poli!onal
0:6
2
20E2
96
?el opaco opac o
Aaíz ceroso
Cereal
>edondo poli!onal
0:6
3
:0E2
E5
Claro cohesi$o cohesi $o
>aíz
O$alado truncado
50:
3E
20E:
:
Papa
Fub%rculo
O$alado esf%rico
0366
26
809
5
Claro cohesi$o tendencia a !elificar
Fri!o
Cereal
>edondo lenticular
305
2
905
EE
?el opaco opac o
7rroz
Cereal
'sf%rico poli!onal
:09
38
90E9
93
?el opaco
*a!o
Fronco
O$alado truncado
30
2
80E5
E5
?el opaco opac o
Claro cohesi$o uca
tendencia a !elificar
;uente. Fa!!art (2665)&
QG&
PROPIEDADES FUNCIONALES DEL
ALMIDÓN Las propiedades funcionales de los almidones dependen directamente de la relación amilosa+amilopectina& 'n los distintos culti$os amiláceos esta relación es constante si bien cambia de una $ariedad a otra dentro de la especie " tambi%n entre plantas de la misma $ariedad& Para apreciar el potencial del uso industrial " alimenticio del almidón de " uca es fundamental comprender las propiedades funcionales del almidón& 'stas propiedades están influenciadas por factores !en%ticos (diferencias $arietales) " por factores como la edad de la planta la %poca de cosecha la fertilidad del suelo " la precipitación entre otras cosas&
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Las características funcionales de los almidones son. solubilidad capacidad de retención de a!ua poder de
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hinchamiento tendencia a retro!radar propiedades de la pasta ($iscosidad consistencia estabilidad del !el claridad " resistencia al corte formación de película) di!estibilidad enzimática " capacidad de emulsificación& urante un tratamiento hidrot%rmico el almidón sufre una serie de modificaciones que $an a influir sobre su estructura pasando por tres fases importantes. !elatinización !elificación " retro!radación los cuales causan hinchamiento hidratación fusión " ruptura de los !ránulos de almidón (;i!ura E)&
Figura /: R#%r#s#&a!i(& #s0u#mi!a "# los !am$ios "# los gr&ulos "# almi"(& "ura&# #l %ro!#sami#&o 1i"ro2rmi!o
Calentamiento Pasta viscosa
Ruptura
Enfriamiento Dispersión completa
Hidratación hinchamient Reordenamiento molecular
20C
!0"#0C
$0C
%00C
Gelatinización Estructura cristalina
Dispersión coloidal Viscosa
#0C Gelificación Gel Viscoso elástico
Cristalización
20C Retro&radacion 'ueva estructura cristalina
3.'. 4#lai&ia!i(& 'n una primera fase el a!ua se difunde por las zonas amorfas del !ránulo de almidón produci%ndose un primer hinchamiento que es re$ersible& urante esta etapa de cocción la amilosa se solubiliza " el almidón sufre una dispersión coloidal constituida por una fase continua o disol$ente que se enriquece en amilosa " una fase dispersa de !ránulos de almidón hinchados " enriquecidos en amilopectina& 'n esta etapa los !ránulos conser$an sus propiedades ópticas inclu"endo la capacidad de refractar la luz polarizada (birrefrin!encia) la cual esta asociada a la alineación de las mol%culas dentro del !ránulo& *e ha obser$ado que los !ránulos de almidón de "uca tienen ba-a birrefrin!encia a temperaturas entre 905 NC comparados con los !ránulos de maíz que la poseen a temperaturas entre 209 NC& *i el calentamiento contin,a las mol%culas de a!ua alrededor de los !ránulos rompen los enlaces de hidró!eno en el interior de los !ránulos estos absorben a!ua lentamente " se hinchan& 'ste proceso es irre$ersible " ocurre despu%s de que se alcanza alcanza una temperatura temperatura crítica que depende depende de la humedad presente presente definida definida como la temperatur temperaturaa de transición $ítrea F! (Femperatura de !elatinización) la cual es característica de cada almidón pero tambi%n depende de la concentración de la suspensión& Cuando la mol%cula de almidón está completamente hidratada empieza a e#pandirse 0se abre la h%lice de la cadena0 primero hacia el e#tremo e#terno " la cadena lineal más corta (amilosa) tiende tiende a difundirse& difundirse& 7lcanzada 7lcanzada esta temperatura temperatura se incrementa incrementa el hinchamie hinchamiento nto " la birrefrin!e birrefrin!encia ncia desaparece/ desaparece/ este este fenómeno endot%rmico se denomina gelatinización& gelatinización& La !elatinización ocurre en un inter$alo de temperatura mu" limitado produce el hinchamiento del !ránulo " la solubilización parcial de los polímeros fenómenos que inducen la aparición de propiedades $iscoelásticas las cuales se !eneran en un amplio inter$alo de temperatura& La absorción de a!ua " el aumento de $olumen $an acompa1ados de un fuerte aumento de la $iscosidad hasta lle!ar a un má#imo llamado pico de viscosidad en el cual el !ránulo se rompe " ocurre una difusión de amilosa " amilopectina !enerándose una mezcla de !ránulos hinchados ricos en amilopectina !ránulos fundidos hidratados " mol%culas disueltas de amilosa& La má#ima $iscosidad es el resultado del má#imo hinchamiento formándose una dispersión en medio acuoso la cual es llamada pasta o en!rudo& Cuando la temperatura de una suspensión acuosa de almidón es superior superior a la temperatura temperatura de !elatinización !elatinización los enlaces de hidró!eno se contin,an contin,an destru"endo destru"endo las mol%culas de a!ua empiezan a ane#arse a los hidro#ilos liberados " los !ránulos se contin,an hinchando& Como resultado directo del hinchamiento de los !ránulos ha" un incremento de la solubilidad del almidón&
3.,. 4#li6i!a!i(& 7 r#rogra"a!i(& urante urante la etapa de enfriamiento enfriamiento se distin!uen distin!uen dos etapas la !elificación " la retro!radación& retro!radación& 'n la gelificación las mol%culas de almidón se $uel$en menos solubles " tienden a a!re!arse& La retrogradación es la cristalización cristalización de las cadenas de los polímeros que son a!re!ados en el !el cuando las pastas de los almidones son enfriadas " ocurre en tres estados. a) dilatación de las cadenas debido al rompimiento de los enlaces intermoleculares que mantienen la confi!uración helicoidal b) p%rdida del límite de a!ua se!uido de una reorientación de las mol%culas " finalmente
c) una formación de enlaces de hidro!eno entre mol%culas ad"acentes formando una estructura cristalina (Aestres 388)& 'sta cristalización $a a endurecer el !el " acarrear el fenómeno de sin%resis es decir la e#pulsión de una parte del disol$ente fuera del !el que produce una caída de la $iscosidad& 'l !rado de retro!radación es afectado por la concentración de amilosa " amilopectina tama1o molecular temperatura pH " los componen tes diferentes al almidón presentes en el medio& 's fa$orecido por ba-os pH aunque a $alores de pH: la cantidad de material precipitado disminu"e debido a la hidrólisis del almidón& La estructura de amilosa permite la formación de muchos sitios de enlace entre mol%culas ad-untas por lo cual la retro!radaci retro!radación ón es asociada asociada en !ran parte con la fracción fracción de amilosa amilosa adicionado adicionado a su alto peso molecular& molecular& 7ltas 7ltas concentraciones de amilosa implican formación de !eles fuertes opacos " que sufren sin%resis& Ra-as proporciones de amilosa !eneran dispersiones claras " $iscosas que no !elifican&
3.8. Com%orami#&o "# "i6#r#&#s almi"o&#s 'l almidón de los tub%rculos " las raíces presenta un fuerte ele$amiento de $iscosidad durante el cocimiento mucho ma"or que el de los cereales& Los !ránulos de almidón de papa "uca " maíz ceroso presentan picos de $iscosidad más altos que los de maíz " tri!o& 'sto es debido a que los almidones de papa "uca " maíz ceroso tienen ma"or capacidad capacidad de absorción absorción de a!ua ma"or $elocidad de hidratación hidratación " se desinte!ran desinte!ran más rápidamente& rápidamente& La ;i!ura 36 muestra las cur$as de $iscosidad de diferentes almidones nati$os !eneradas por un $iscó!rafo& Los $alores de $iscosidad pueden $ariar con la temperatura $elocidad " conc entración de la solución de almidón utilizada en el $iscó!rafo& 'l almi"(& "# ma- muestra un rápido incremento de la $iscosidad despu%s de la !elatinización hasta lle!ar a un punto má#imo& La $iscosidad disminuirá !radualmente durante el periodo de mantenimiento de la temperatura " posteriormente tendrá un incremento mu" fuerte mientras la pasta se enfría " retro!rada& 'l almi"(& "# ma- !#roso prácticamente no tiene mol%culas lineales de amilosa es altamente estable " resistente a la retro!radación/ al contrario los almidones con alto contenido de amilosa tienen una retro!radación mu" rápida& *u pasta permanecerá fluida " clara e incrementará su $iscosidad más rápidamente que el maíz re!ular su $iscosidad má#ima má#ima será ma"or " se obtendrá más rápidamente rápidamente produciendo produciendo pastas con poco cuerpo " mu" cohesi$as& cohesi$as& 'l rompimiento será más rápido " acentuado& 'n el enfriamiento se presenta un li!ero aumento en la $iscosidad "a que no !elifica ni presenta sin%resis& 'l almi"(& "# %a%a absorbe más a!ua mostrando un má#imo inicial ma"or& *u temperatura de !elatinización es menor debido a que los !rupos %ster0fosfato presentes en el !ránulo de papa tienden a debilitar los enlaces pro$ocando un espesamiento más rápido al calentarse& 'l má#imo pico de $iscosidad cae rápidamente durante el
mantenimiento de la temperatura& La solución muestra poca tendencia a retro!radarse durante el enfriamiento& 'l almidón de yuca !elatiniza !elatiniza a la misma temperatur temperaturaa del almidón almidón de maíz " del almidón almidón de maíz ceroso ceroso a temperaturas relati$amente relati$amente ba-as (20E: NC)/ N C)/ el pico má#imo es alcanzado rápidamente lo que implica que es un almidón fácil de cocinar " requiere menor consumo de ener!ía durante su cocción& 7demás tiene una tendencia ba-a a la retro!radación " produce un !el de ma"or claridad " estabilidad en comparación con el de otros almidones nati$os& *u temperatura de !elatinización (: NC) es similar a la del almidón de papa pero está por deba-o de las temperaturas de !elatinización de los cereales (E5093 NC)& 7unque la $iscosidad de la pasta es inicialmente alta esta decae bruscamente bruscamente con a!itación continuada continuada por encima de 86 NC " con un subsecuente subsecuente enfriamiento enfriamiento no ha" formación de !el&
'ste 'ste compor comportam tamien iento to del almidón almidón de "uca lo hace hace tecnol tecnoló!i ó!icam cament entee con$en con$enient ientee como como sustrat sustratoo para para proceso procesoss hidrolíticos pero inapropiado como sustituto para los almidones de cereales en procesos que requieren retro!radación& Las propiedades de claridad " ba-a retro!radación del almidón de "uca pueden ser utilizadas en muchos productos alimenticios& *us características reoló!icas se aseme-an bastante al almidón del maíz ceroso& Las pastas de almidón de "uca son estables a medios ácidos por deba-o de pH 25 medio en el cual ha" destrucción del !ránulo " del aspecto físico de la pasta debido a una hidrólisis parcial o total& La pasta de almidón de "uca ha sido considerada resistente al proceso de con!elación lo que disminu"e !eneralmente la e#udación de a!ua o sin%resis " deteriora la estructura de la pasta&
*i un almidón muestra un alto poder de hinchamiento " alta solubilidad esto refle-a la ba-a fuerza de asociación en los !ránulos& 'l poder de hinchamiento hinchamiento de los almidones almidones de cereales es más limitado que el que se obser$a para los almidones de tub%rculos& La capacidad de absorción de a!ua depende directamente del tipo de almidón lo que es ma"or ma"or en almido almidones nes de tub%rcu tub%rculos los que con almidones almidones de cereales pero tambi%n tambi%n depende depende de factores factores como como el contenido de amilopectina el tama1o " la forma de los !ránulos& La solubilidad del almidón de "uca es alta similar al del almidón de papa mientras que en los almidones de cereales se reduce debido a la presencia de lípidos&
3.3. Almi"o&#s mo"i6i!a"os Los almidones nati$os inclu"endo el almidón de "uca presentan ciertas limitaciones para uso industrial& Por lo tanto son moficados para me-orar sus propiedades funcionales " tener un amplio ran!o de aplicaciones industriales& Los productos resultantes o almidones modificados son consecuentemente productos de ma"or $alor a!re!ado& Los !ránulos de almidón son tratados química física " bioquímicamente para causar la ruptura de al!unas o todas las mol%culas (;i!ura 33)& La modificación del almidón permite realzar o inhibir propiedades como consistencia poder
a!lutinante estabilidad a cambios en el pH " temperatura " me-orar su !elificación dispersión o fluidez& Las principales modificaciones son la de!radación la pre!elatinización " la deri$atización los cuales se resumen a continuación -unto con los almidones modificados " sus aplicaciones&
a. D#gra"a!i(& *on procesos que in$olucran depolimerización parcial o arre!los de mol%culas& 'stos inclu"en procesos hidrolíticos o#idati$os " t%rmicos los cuales producen tres clases de almidones modificados. de con$ersión ácida o#idados " de#trinas& de#trinas& 'l principal propósito propósito de la con$ersión es reducir reducir la $iscosidad $iscosidad de los productos para que con altas concentraciones la solución ten!a buenas propiedades de flu-o&
Hi"r(lisis %ar!ial. *e obtienen almidones de ba-a solubilidad en a!ua fría " alta solubilidad en a!ua caliente dando !eles de ba-a $iscosidad utilizados en la industria alimenticia como espesantes o para dotar a los alimentos de una película protectora&
Hidrólisis parcial con ácidos. *e efect,a preferentemente sobre la amilopectina " permite obtener productos que se disuel$en " !elifican me-or dando una menor $iscosidad& *e emplean como estabilizantes " en la preparación de -aleas& de#trosa& Cuando la reacción se completa la Hi"r(lisis Hi"r(l isis oal9 !i"a o #&im #&imi!a i!a . *e produce !lucosa o de#trosa&
suspensión se neutraliza filtra " concentra para cristalizar la de#trosa& Los -arabes de !lucosa obtenidos son mu" empleados en la industria de bebidas&
$. D#ri&ia!i(& Las de#trinas son productos de de!radación parcial del almidón obtenidas por calentamiento con o sin catalizadores en un mecanismo de con$ersión que in$olucra procesos de ruptura hidrolítica reor!anización de mol%culas " repolimerización& 'l calor rompe parte de las uniones 305 del almidón e incrementa las uniones 30 con lo que se disminu"e la lon!itud de las cadenas moleculares al tiempo que se incrementa la ramificación& 'sto determina una buena solubilidad en a!ua fría menor tendencia a la retro!radación " ma"or resistencia a las enzimas& ada la forma corriente de obtención se denominan tambi%n pirode#trinas& La manufactura de de#trinas puede ser realizada por dos m%todos.
Método seco 'l almidó almidónn es calenta calentado do solo solo o en presenci presenciaa de peque1 peque1as as cantid cantidades ades de un cataliza catalizador dor&& Ha" tres clases clases de pirode#trinas industriales " cada una tiene características propias de color poder $iscosante " solubilidad en a!ua fría a saber.
D#ri&as $la&!as. *e preparan calentando almidón con una cantidad relati$amente !rande de catalizador ácido a pH ba-o ba-a temperatura entre 960326 NC " tiempos de tostación relati$amente cortos de :09 horas&
*on de color blanco similar al almidón su solubilidad en a!ua es limitada " tiende a retro!radar en !rados $ariables&
D#ri&as amarillas o !a&arias. *e obtienen por tratamiento del almidón con trazas de ácido a pH ba-o " alta temperatura entre 360226 NC por lar!o tiempo de tostación de 039 horas& Presentan un distinti$o color amarillo " tienen alta solubilidad en a!ua&
4omas $ri&i!as. *e forman cuando el almidón solo se calienta a temperatura de 3960226 NC a alto pH " por un tiempo lar!o de proceso de 36026 horas& *on de color marrón oscuro tienen !ran $ ariación en solubilidad " poder $iscosante& Fienen aroma de caramelo&
Las de#trinas tienen una amplia !ama de aplicaciones a ni$el industrial& Sna de las más difundidas es como adhesi$o para la elaboración de tubos en espiral formado de sacos multiplie!o " bolsas de papel cierre de ca-as de cartón " pe!ado de etiquetas sobre $idrio/ debido a sus características tales como $iscosidad estable alto porcenta-e de sólidos " e#celentes prop iedades de rehumedecimiento& 7demás son usadas como a!lutinantes dilu"entes para colorantes " aromas&
Método húmedo 'l almidón se dispersa en a!ua " es calentado en presencia de un catalizador o tratado con enzimas& Cuando se usa un catalizador ácido las de#trinas son producidas por simple calentamiento de suspensiones acuosas de almidón con ácido& *on usadas para te#tiles o adhesi$os/ sin embar!o poseen cierta cantidad de de#trosa " su presencia en cantidades e#cesi$as causa rompimiento de la película adhesi$a con la consecuente disminución de su fuerza& La con$ersión con enzimas se lle$a a cabo por tratamiento de una pasta de almidón con enzimas hidrolíticas& *e!,n el tipo de enzima pueden ser.
Malo"#ri&as. *e obtienen por tratamiento del almidón con á0amilasa& 'l -arabe resultante es filtrado " refinado con carbón acti$ado antes del secado por aspersión& *u equi$alente de de#trosa (') $aría entre :0 26& *e utilizan en alimentos como encapsulantes de sabor aromas " color espesantes " estabilizantes de emulsiones " espumas " en formulaciones de alimentos infantiles " diet%ticos&
Ci!lo"#ri&as. Fambi%n llamadas de#trinas de Schardinger & *e producen por tratamiento del almidón con la amilasa de Bacillus macerans/ macerans/ esta enzima tiene la propiedad de transformar las cadenas lineales del almidón en mol%culas cíclicas& *u acción es comple-a " parece catalizar al menos tres reacciones que implican los fenómenos de ciclización de acoplamiento " de hidrólisis& 'ntre sus principales aplicaciones se pueden citar la estabilización de sustancias $olátiles emulsiones " compuestos aromáticos la formación de comple-os de inclusión inclusión me-orando la estabilidad estabilidad de la mol%cula en diferentes diferentes ambientes ambientes " aumentando aumentando su solubilidad& solubilidad& *u principal potencial se encuentra en el sector farmac%utico por su aumento en la solubilidad " la absorción de los comple-os formados lo cual reduce la cantidad de medicamento " lo!ra un me-or efecto terap%utico en el
or!anismo& Otros de sus usos son la eliminación del colesterol de la materia !rasa de la leche como transportador de aromas " sabores act,an como a!entes encapasulantes para el tratamiento de a!uas residuales " pueden aumentar la !erminación de semillas de cereales& Fienen como potencial como biocatalizadores de reacciones ácido0básicas con funcionalidades similares a al!unas enzimas&
!. Oi"a!i(& Por reacción del almidón con hipoclorito en medio alcalino se producen simultáneamente reacciones de o#idación e hidrólisis que rompen los enlaces !lucosídicos del almidón& *e utilizan en la preparación de salsas " ma"onesas " tienen una peque1a participación en el mercado del encolado& To retro!radan ni !elifican& 'ste tipo de almidones se utilizan como repelentes de a!ua para los productos comestibles que e#hiben hi!roscopicidad para la preparación de !elatinas !elatinas " para productos productos enlatados& enlatados& Los almidones almidones o#idados -unto con el iso#alato de sodio producen un producto químico adecuado para el tratamiento del cuero " -unto con bóra# son usados en lodos de perforación&
". Pr#g#lai&ia!io& Los almidones pre!elatinizados son ,tiles cuando se requiere que el producto pueda ser reconstituido en a!ua fría& La estructura del !ránulo de almidón se rompe por cocción del almidón nati$o " posterior secado en tambores rotatorios o por e#trusión semiseca lo que permite su empleo en alimentos de preparación rápida flanes rellenos " salsas& 'n adhesi$os se utiliza para laminar papel aluminio a papel o cartón pero su secado es lento dado su ba-o contenido de sólidos&
#. D#ri;aia!io& Las modificaciones químicas no de!radati$as in$olucran la introducción de peque1as cantidades de !rupos sustitu"entes dentro del almidón por enlaces %ster " %ter/ esto !enera el debilitamiento de los !ránulos de almidón estabiliza estabiliza las dispersiones dispersiones " pre$iene pre$iene el alineamient alineamientoo " retro!radación retro!radación de las mol%culas& La cantidad de !rupos sustitu"entes se determina !eneralmente por análisis " se re!istra como n,mero de !rupos por unidad de !lucosa anhidra o como !rado de sustitución (*)&
6. Es#ri6i!a!i(& Los almidones pueden ser esterificados usando diferentes tipos de ácidos inor!ánicos " or!ánicos& Titro0almidones utilizados como e#plosi$os se obtienen con el ácido nítrico (HTO:)& Con ácidos fosfóricos " fosfatos alcalinos " con los ácidos ac%tico succínico adípico cítrico o con deri$ados como el acetato de $inilo se obtiene un $ariado n,mero de %steres %steres de almidón almidón&& 'stos 'stos tienen tienen una más ba-a temperatu temperatura ra de !elatin !elatinizac ización ión " aument aumentan an la $elocida $elocidadd de hinchamiento " la $iscosidad de la pasta& 'stos almidones tienen buena capacidad espesante " son mu" estables en frío con buenas propiedades de retención de a!ua a ba-a temperatura que los hace ,tiles en el campo de productos
ultracon!elados o con!elados&
Los almidones modificados tienen una alta !ama de aplicaciones a ni$el industrial las cuales se deri$an de las propiedades físicoquimicas de los !ránulos de almidón tras su trasformación por diferentes tratamientos& Los principales almidones modificados " sus aplicaciones se resumen a continuación (Gian 3885)&
g. E#ri6i!a!i(& Sna de las reacciones de eterificación más conocidas es la que se realiza con los ó#idos de etileno o de propileno de la que se obtiene Ualmidón hidro#ietiicoV o Ualmidón hidro#ipropiicoV& Los productos eterificados !elifican establemente en forma sólida (rí!ida)& *e usan como estabilizantes " espesantes en la industria te#til de papel " cartón " en la alimentación para preparar conser$as " con!elados& 'n la industria del papel se utilizan como adhesi$os corru!antes apro$echando su alta capacidad de retención de a!ua&
1. E&r#!ruami#&o Los almidones entrecruzados se obtienen por reacción con mol%culas bifuncionales como la epiclorhidrina el o#icloruro de fósforo o anhídridos mi#tos de ácidos or!ánicos& Por esta ruta pueden obtenerse productos con cadenas entrecruzadas más estables " de !ran resistencia con escasa tendencia al hinchamiento& *on de especial inter%s para alimentos alimentos con!elados con!elados sobre todo si el tratamiento tratamiento se combina combina con esterific esterificación& ación& 7demás 7demás son usados usados en la industria de alimentos particularmente en panificación para dar estructura " disminuir la acti$idad de a!ua de la masa con lo cual aumenta la $ida ,til del producto final " se produce un ma"or rendimiento en el batido&
i.
Almi"o&#s !ai(&i!os
*e obtienen por reacción con cloruro de 20diaminoetilo 20diaminoetilo que permite introducir !rupos amino terciario en la mol%cula de almidón& *on susceptibles de car!arse positi$amente al dispersar el producto en a!ua& *e utilizan en la fabricación de papel incorporándolos durante la desfibración de la celulosa "a que al ser absorbidos fa$orecen el proceso " dan ma"or resistencia al papel& *on productos más $iscosos que el almidón transmiten me-or la luz " sus dispersiones tienen menor tendencia a la retro!radación&
3.5. Usos "#l almi"(& #& %ro"u!os alim#&arios 7 &o alim#&arios 'l almidón " los productos de almidón son usados en $ariedad de formas tanto en la industria de alimentos como en la no alimentaria& 'n la alimentación se usa como in!rediente de diferentes preparados " en la industria no alimentaria como materia prima básica o producto au#iliar para la elaboración de una amplia !ama de productos& 'l consumo de almidón se destina apro#imadamente E por ciento al sector industrial " el 2 por ciento al sector de alimentos& La industria de fabricación de papel " cartón usan cerca del 96 por ciento del almidón suministrado al sector industrial se!uido de te#tiles adhesi$os " otras industrias (Q;7 " ;7O 2665)&
Uso #& %ro"u!os alim#&arios 'n la industria de alimentos el almidón tanto nati$o como modificado tiene un papel importante en la te#tura de $arios preparados al aportar palatabilidad " aceptabilidad& K Como medio de moldeo para caramelos de frutas roda-as de naran-a " !omas de mascar&
Como dador de cuerpo imparte te#tura " estabilidad a caramelos " marmadelos& K Como a!ente para espol$orear combinado con az,car pul$erizada en !omas caramelos " !omas de mascar&
Como protector contra la humedad de di$ersos productos en pol$o 0como az,cares0 pues los almidones absorben humedad sin apelmazarse&
Como espesante da cuerpo " te#tura al alimento preparado/ para sopas alimentos para infantes salsas !elatinas sint%ticas&
Como a!ente coloidal imparte te#tura sabor " apariencia& La cocción del almidón produce una solución coloidal estable compatible con otros in!redientes en productos alimenticios&
Como a!lutinante para el li!amento de componentes& 'n la preparación de salchichas " embutidos cocidos&
Como emulsificante produce una emulsión estable en la preparación de ma"onesas " salsas similares&
Como estabilizador por su ele$ada capacidad de retención de a!ua es usado en productos mantecados0 helados&
'n la mezcla con harinas para ba-ar el contenido de proteínas " la fuerza del !luten en panaderías& 'n la fabricación de !alletas para aumentar su propiedad de e#tenderse " cru-ir además de ablandar la te#tura aumentar el sabor " e$itar que se pe!ue&
'n la preparación de bocadillos e#truídos " e#pandidos&
I&"usria "# #"ul!ora&#s ado que el almidón es un polímero formado por miles de unidades de !lucosa su rotura produce !lucosa como producto final& Los hidrolizados comerciales de almidón son clasificados de acuerdo al equi$alente de de#trosa (') de los -arabes& Las maltode#trinas tienen un equi$alente de de#trosa menor de 26& Los -arabes que tienen equi$alentes de de#trosa entre :60:9 contienen principalmente de#trinas lineales " ramificadas de alto peso molecular& Los -arabes de alta con$ersión contienen E09 por ciento de unidades de !lucosa maltosa " maltotriosa& Pueden obtenerse maltode#trinas -arabes de !lucosa de#trosa " fructosa cristalina " -arabes de alta fructosa& Cada uno de estos -arabes tiene sus propias características " aplicaciones& Las maltode#trinas son usadas en !ran $ariedad de alimentos inclu"endo mezclas secas para sopas " frutas saborizadas bebidas lácteas helados " mezclas para tortas& *e usan como sustitutos de !rasa " encapsulantes de aroma " sabor& Los -arabes de !lucosa son usados principalmente en confitería " tambi%n para elaborar salsas enlatadas -u!os de tomate dulces " encurtidos& 7demás son usados en la industria de adhesi$os " en fundición " son la materia prima
para la manufactura de alcohol bebidas alcohólicas (cer$eza !Wisqui $oda) ácido ac%tico acetona -arabe de fructosa !lutamato monosódico/ de ácidos carbo#iicos tales como ácido cítrico láctico butírico succínico !lutámico !lucónico " propiónico entre otros " de carbohidratos hidro!enados como sorbitol " manitol el primero de ellos usado en la producción de $itamina C " como base de alimentos para diab%ticos " el se!undo usado como endulzante con ba-o contenido de calorías& La de#trosa es usada en la industria de alimentos panificados " sir$e como az,car fermentable " tambi%n contribu"e a realzar el sabor " aroma " a dar el color de la corteza& 'n confitería la de#trosa e$ita la cristalización de la sacarosa " disminu"e la hi!roscopicidad del producto terminado& 'n la industria láctea es usada en postres con!elados para controlar la e#cesi$a dulzura " me-orar el sabor& 'n la industria farmac%utica es usada en la producción de tabletas " en la formulación de líquidos intra$enosos& Los -arabes de alta fructosa han desplazado en su ma"oría a los -arabes de !lucosa en la industria de bebidas no alcohólicas " son usados en la fabricación de bebidas carbonatadas " no carbonatadas& *u función es producir dulzura a ba-os ni$eles " tambi%n balancear los sabores " ácidos para dar un producto aceptable& *on tambi%n usados en la elaboración de frutas en conser$a mermeladas " !elatinas " en la industria de panificación& Los -arabes sólidos obtenidos por e$aporación de los -arabes de hidrolizados de almidón son ampliamente usados en alimentos diet%ticos debido a sus ba-o $alor calórico&
PRACTICA 8: EXTRACCIÓN DE ALMIDON A PARTIR DE
'l almidón fresco que es retirado manualmente de los canales de sedimentación es sometido a un proceso bioló!ico de fermentación anaerobia por un período de dos a tres semanas obteni%ndose el almidón a!rio que se e#trae de los tanques en bloques compactos " se transporta a los patios para deshidratarlo mediante la e#posición a la luz solar& a& R#!#%!i(& "# ra-!#s "# 7u!a 6r#s!a: Las raíces una $ez cosechadas deben ser transportadas a la planta de procesamiento dentro de las si!uientes 25059 horas para e$itar su deterioro fisioló!ico "+o microbiano& Sn factor importante en la producción de almidón de "uca de alta calidad es que todo el proceso desde la cosecha de las raíces hasta el secado del almidón sea e-ecutado en el más corto tiempo posible& b& La;a"o 7 %#la"o "# las ra-!#s: 'n esta etapa se elimina la tierra " las impurezas adheridas a las raíces& La cascarilla se desprende por la fricción de unas raíces con otras durante el proceso de la$ado& Tormalmente las p%rdidas en el la$ado son de 20: por ciento del peso de las raíces frescas& *e debe e$itar p%rdida de la cáscara "a que esta tambi%n contiene almidón&
c&
Ralla"o o "#si&#gra!i(&: 'n esta etapa se liberan los !ránulos de almidón contenidos en las c%lulas de las raíces de la "uca& La eficiencia de esta operación determina en !ran parte el rendimiento total del almidón en el proceso de e#tracción& *i el rallado no es eficiente no se lo!ran separar totalmente los !ránulos de almidón de las fibras/ el rendimiento del proceso es ba-o " se pierde mucho almidón en el afrecho desechado& Por otra parte si el rallado es demasiado fino los !ránulos mu" peque1os de almidón sufren da1o físico " más tarde
deterioro enzimático/ la sedimentación sería más lenta "a que el !ránulo fino pierde densidad " además se formaría ma"or ma"or cantidad de mancha& Sn factor importante que es el cálc ulo de la eficiencia de ral lado que determina la eficiencia de liberación de los !ránulos de almidón& 'l cual fue calculado de la si!uiente manera.
d&
Cola"o o #ra!!i(&: 'n esta etapa se realiza la separación de la pulpa o material fibroso de la lechada de almidón& almidón& *e debe e$itar e$itar que peque1as peque1as partícula partículass de fibra pasen a la lechada lechada de almidón/ almidón/ es por ello que en muchos casos se recomienda recomienda realizar un recolado de la lechada con el ob-eto de retener las fibras finas que pudieron pasar a la lechada&
e& S#"im#&a!i(& o "#s1i"raa!i(&: *e realiza por medio de sedimentación o centrifu!ación para separar los !ránulos de almidón de su suspensión en a!ua&
f&
S#!a"o: Puede ser realizado dependiendo del ni$el tecnoló!ico por secado solar o artificial& 'n ambos casos se busca remo$er la humedad del almidón hasta un 3203: por ciento&
!& A!o&"i!io&ami#&o: Comprende las etapas de molienda tamizado " empaque&
h&
Su$%ro"u!os #& #l %ro!#so "#l almi"(& "# 7u!a: 'n el proceso de e#tracción de 7lmidón de "uca se !eneran subproductos tanto sólidos como líquidos& Las principales características son.
i&
A6r#!1o: 's el subproducto de la operación de colado& Sna $ez secado al sol el afrecho se usa como complemento de concentrados para animales o se ofrece directamente en la alimentación animal& 'l análisis químico indica que el material tiene un contenido de materia seca de 96 a 9D del cual el 6 a E6D es almidón " el 32 a 35D es fibra&
Figura ': Diagrama "# 6lu=o "# la #ra!!i(& "# almi"(& "# 7u!a Recepción de la materia prima
(avado
'aH)*+ ,0-0!.
Pelado / roceado
Ra1ado o desinte&racion
Etracción
)edimentación
3lcohol al 4!. 5V"V6
(avado
)ecado
8olienda
amizado
Empa9ue
, +0C 3 #0 C H78ED3D, %2.
