Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica Carrera: Ing. Bioquímica Materia: Ciencia de Alimentos Profesor(a): Rosa Castro Martínez Alumno: Carlos Eduardo Camacho González (12400344) Unidad II: Carbohidratos Práctica 2: Geles de almidón
Fecha de Realización: 12 de Febrero del 2015 Fecha de Entrega: 19 de Febrero del 2015
Índice
Introducción.................................................................................................................................2 Objetivos......................................................................................................................................3 Materiales....................................................................................................................................3 Método.........................................................................................................................................4 Resultados....................................................................................................................................8 Análisis de resultados..................................................................................................................9 Galería de fotos..........................................................................................................................11 Conclusión.................................................................................................................................16 Bibliografía................................................................................................................................17 Cuestionario...............................................................................................................................18
Introducción Un gel es un estado de la materia intermedio entre el sólido y el líquido. Está constituido por una reticulación de polímeros o moléculas de cadena larga (por ejemplo el almidón), que se unen entre si formando una red enmarañada, y por un líquido en que se encuentra inmersa esa red (Sherbrooke, 2005). Las propiedades del gel dependen de la interacción entre esos dos componentes. El líquido impide que la red colapse en una masa compacta; la red impide que el líquido fluya libremente. El almidón, debido a que su estructura está altamente organizada ya que presenta una gran estabilidad por las múltiples interacciones que existen
con sus dos polisacáridos
constituyentes (amilosa y amilopectina), los gránulos de almidón son insolubles en agua. Sin embargo, cuando se calientan se absorbe el líquido en las zonas intermicelares amorfas de amilopectina, que son las menos organizadas y las más accesibles. A medida que se incrementa la temperatura se retiene más agua y el gránulo empieza a hincharse y a aumentar de volumen (Badui Dergal, 2013), fenómeno que puede observarse en el microscopio. Al llegar a cierta temperatura (normalmente cercana a 65°C aunque depende de cada tipo de almidón), el gránulo alcanza su volumen máximo; si se administra más calor, el gránulo hinchado, incapacitado para retener el líquido, se rompe parcialmente y la amilosa y la amilopectina, fuertemente hidratadas, se dispersan en el seno de la disolución. A este proceso se le llama gelatinización y es una transición de un estado ordenado de estructura cristalina a otro desordenado en el que se absorbe agua y calor. Es decir, la gelatinización transforma los gránulos del almidón insolubles en una solución de moléculas constituyentes en forma individual (Badui Dergal, 2013). La temperatura de gelatinización es aquella en la que se alcanza el máximo de viscosidad. Este parámetro se ve muy afectado por la presencia de diversos compuestos químicos que favorecen o inhiben los puentes de hidrogeno (Badui Dergal, 2013) Por ejemplo, el azúcar reduce la consistencia del gel ya que la misma compite con el almidón para retener el agua disponible, y por lo tanto se limita el grado de hinchazón de los granos de almidón. Mismo efecto se ve reflejado en un ácido, ya que causa la fragmentación de los granos de almidón y los granos pequeños no forman un gel tan fácilmente como los granos grandes. Puede suceder
también que tenga lugar un cierto grado de hidrólisis de las moléculas de almidón (Castro Martínez, 2015).
Objetivos
Identificar las estructuras específicas de granos de almidón a nivel microscópico de
diversos orígenes. Determinar la temperatura de gelatinización de granos de almidón de diversos
orígenes. Identificar el papel del azúcar (sacarosa) y un ácido (ácido cítrico o acético) en la consistencia de un gel de almidón.
Materiales
Material 1 Vaso de precipitado de
Equipo Balanza analítica
Reactivos Extractos de almidón (trigo,
250 ml y 3 de 400 ml Mechero, tripie o soporte y
Microscopio
arroz, maíz, papa) Azúcar (sacarosa)
rejilla Pinza para crisol Espátula de vidrio Porta y cubreobjetos Termómetro Probeta de 50 ml 3 tubos capilares 3 cajas Petri o moldes de
Ácido cítrico o acético
harina Gotero Pipetas graduadas de 10 ml Pizeta
Método 1.- Estructura microscópica de los granos de almidón
1. Utilizar almidón procedente de distintos orígenes por ejemplo: maíz, trigo, arroz, patata. 2. Mezclar por agitación una pequeña cantidad de almidón con un pequeño volumen de agua dentro de un tubo de ensayo. Se produce una suspensión de almidón. 3. Colocar sobre un portaobjetos unas pocas gotas de la suspensión y taparlas con un cubreobjetos (evitar la inclusión de burbujas de aire lo más que sea posible). 4. Observar al microscopio e intentar identificar el origen de los granos de almidón. 2.- Gelatinización del almidón 1. Calentar la suspensión de almidón en un tubo de ensayo hasta alcanzar los 50°C. Mantenerlo así durante unos pocos minutos y retirar el tubo de ensayo, enfriar y poner una gota de la suspensión en un portaobjetos. Observar al microscopio. 2. Volver a poner el tubo con la suspensión de almidón en el baño de agua, ahora a 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85 y 90°C. 3. Examinar todos los portaobjetos y comparar sus estructuras, observar el grado de hinchazón de los granos en cada temperatura, así como cualquier rotura de los mismos que pudiera apreciarse. 4. Dibujar las series de los esquemas que muestran el efecto del calor en la suspensión del almidón. 5. Anotar la temperatura después de la cual no se produce más hinchazón de los granos de almidón, es decir, la temperatura de gelatinización. 6. Repetir la prueba con: almidón de trigo, de arroz, de maíz y de papa. Anotar la temperatura de gelatinización de cada muestra de almidón
3.- Producción de un gel de almidón y efecto sobre la solidez del gel de distintas sustancias añadidas 1. Poner 15 gr de almidón en 3 vasos de precipitado de 400 ml 2. Muestra 1: Añadir agua lentamente, haciendo una paste de almidón y diluir entonces para obtener una suspensión. Calentar sobre un mechero agitando constantemente, no con fuerza, hasta que la pasta alance los 95°C. Retirarla del calor e inmediatamente verterla dentro de 2 moldes. Dejar enfriar. 3. Muestra 2: Repetir el procedimiento de muestra 1, pero añadiendo 50 gr de azúcar al almidón antes de la adición del agua.
4. La una solución de ácido cítrico 0.5M (o sea 26 gr de ácido cítrico en 230 ml de agua destilada). 5. Normalizar lo más posible las condiciones bajo las cuales se tratan las 3 muestras, es decir, utilizar cada vez la llama del mechero a la misma altura y agitar cada muestra de una forma semejante. 6. Comparar la consistencia de los geles cuando las muestras están perfectamente frías, mediante examen visual y comprobando la profundidad a que se hunde en el gel con un tubo capilar colocado suavemente sobre la superficie. Estudiar aquellas formulas en las que la presencia de azúcar o ácido cítrico puede tener influencia sobre la consistencia del gel.
Resultados
1.- Estructura microscópica de los granos de almidón La identificación del origen de los granos de almidón (imagen observada) se plasma en el apartado “Galería de fotos”. 2.- Gelatinización del almidón Muestra Arroz Papa Maíz Trigo
Temperatura de gelatinización (°C) 75 85 75 80
Nota: La visualización de las diferentes etapas por la cual paso la harina de trigo en esta sección se relatan en el apartado “Galería de fotos”. 3.- Producción de un gel de almidón y efecto sobre la solidez del gel de distintas sustancias añadidas Muestra
Agente
Consistencia del gel
Escala de consistencia
1 2 3
Agua Azúcar Ácido cítrico
Semirrígida Aguada Aguada
(Mayor a menor) 1 2 3
Análisis de resultados
Gelatinización del almidón A continuación se da a conocer una tabla con el concentrado de temperaturas de gelatinización para las muestras utilizadas:
Fuente de almidón
Rango de temperatura de gelatinización
(°C) Trigo 52-85 Maíz dentado 62-80 Papa 58-65 Arroz 60-80 Tabla 1. Rangos de temperatura de gelatinización para diversos orígenes de almidón (Patentados, 2013) Realizando una comparación, en nuestro caso es aceptable el valor obtenido de la temperatura de gelatinización, ya que entre en el rango; además cabe destacar que al visualizar la muestra de almidón de trigo a esa temperatura se ven moléculas dispersas (amilosa y amilopectina) que en temperaturas anteriores se visualizaba el almidón hinchado (poco a poco de mayor volumen) que es lo que maneja la bibliografía consultada (Badui Dergal, 2013). La discrepancia surgida en los resultados de algunos equipos se puede atribuir a que no se tuvieron las condiciones de temperaturas controladas, por lo cual propicio (posiblemente) un error en esa medición. Producción de un gel de almidón y efecto sobre la solidez del gel de distintas sustancias añadidas Comparando los resultados con la bibliografía consultada, se puede afirmar que son aceptables, a continuación la explicación de cada uno. Es claro que cuando se disuelve el almidón en agua, la estructura cristalina de las moléculas de amilosa y amilopectina se pierde y éstas se hidratan, formando un gel, es decir, se gelatiniza. Si se enfría este gel, e inclusive si se deja a temperatura ambiente por suficiente tiempo, las moléculas se reordenan, colocándose las cadenas lineales de forma paralela y formando puentes de hidrógeno. Cuando ocurre este reordenamiento, el agua retenida es expulsada fuera de la red (proceso conocido como sinéresis), es decir, se separan la fase sólida (cristales de amilosa y de amilopectina) y la fase acuosa (agua líquida). Por otro lado, La sacarosa dio lugar a la adsorción de menos agua, es decir; al agregar más sacarosa a una solución de almidón permite la disminución del hinchamiento de los granos de almidón. Presumiblemente el azúcar limita la hinchazón de los granos de almidón compitiendo con ellos por el agua. Además, el azúcar eleva la temperatura con lo que los granos de almidón comienzan a espesar un líquido (BuenasTareas, 2013). En el caso del ácido, la hidrolisis acida durante la cocción de los gránulos de almidón da lugar a la
formación de dextrinas o polímeros de cadena corta. Como el ácido fragmenta la molécula de almidón, el resultado es una pasta caliente menos espesa y un producto frio menos firme. La hidrolisis de la molécula de almidón también da lugar a una menor absorción de agua por el granulo de almidón; por tano, lo mejor es añadir el ácido al final a una mezcla, después de que el almidón haya sido gelatinizado y comience a espesar (UCO, 2008). Por lo anterior, es correcto la relación obtenida de consistencia del gel, el agua 1° lugar por no poseer algún factor que afecte la consistencia; 2° lugar la sacarosa por poseer solo un factor y 3° lugar el ácido por poseer dos factores.
Galería de fotos Muestras Imagen
Descripción Muestra de harina de trigo utilizada en la práctica.
Estructura microscópica de los granos de almidón Imagen
Descripción Gránulos de trigo característicos a nivel microscópico.
Lenticulares
grandes
y
pequeños esféricos con un hilio que aparece como un punto central.
Gelatinización del almidón Imagen
Descripción
Gránulo de almidón a 50°C. Se aprecian gránulos ligeramente hinchados.
Gránulo de almidón a 55°C. Se aprecian gránulos ligeramente hinchados y otros empezando a aumentar su volumen.
Gránulo de almidón a 60°C. Se aprecian gránulos
con
mayor
comparación con la anterior.
volumen
en
Gránulo de almidón a 65°C. Se aprecian gránulos con una gran cantidad de agua retenida, se podría decir por esta imagen que la temperatura de gelatinización está cerca.
Gránulo de almidón a 70°C. Se aprecia gránulos con mucho volumen y se alcanza a apreciar un granulo en proceso de ruptura, sin embargo, no se toma en cuenta ya que es una molécula comparada con las miles que existen.
Gránulo de almidón a 75°C. No hay cambios significativos en relación a la imagen anterior.
Gránulo de almidón a 80°C. Se aprecian gránulos con alto volumen, además de que algunos están proceso y las moléculas de menor tamaño son producto de la ruptura de una molécula que sobrepaso el nivel de volumen, generando moléculas de amilosa y amilopectina. Por lo anterior, son motivos suficientes para decretar los 80°C como la temperatura de gelatinización.
Producción de un gel de almidón y efecto sobre la solidez del gel de distintas sustancias añadidas Imagen
Descripción Gel de almidón de trigo enfriado, sometido a una previa cocción con una cantidad relativa de agua. Gel de almidón de trigo enfriado, sometido a una previa cocción con una cantidad relativa de azúcar (sacarosa). Gel de almidón de trigo enfriado, sometido a una previa cocción con una cantidad relativa de ácido acetico.
Conclusión
Fue posible encontrar la estructura específica de grano de almidón de trigo a nivel microscópico, sus caracteres radican en la forma de la molécula: Lenticulares grandes y pequeños esféricos con un hilio que aparece como un punto central. Por este motivo se puede afirmar que se logró el objetivo. Ahora bien, se entiende como gelatinización al proceso por el cual el almidón, sometido a una cantidad de calor, la molécula absorbe agua hasta llegar a un volumen determinado y posteriormente se propicia una ruptura obteniendo moléculas de amilosa y amilopectina; generando asi una viscosidad mayor en el almidón. Con lo anterior, se puede definir a la temperatura de gelatinización como a la temperatura donde es posible verificar (a nivel microscópico) este proceso y se recomienda realizar las observaciones en intervalos pequeños de temperatura para una mayor precisión y apreciación del fenómeno. Lo mencionado anteriormente, fue lo realizado en esta actividad obteniendo resultados aceptables debido a que se logró encontrar la temperatura de gelatinización del almidón de trigo; por lo cual hace inferir que otro objetivo más fue conseguido. Finalmente, se logró identificar el papel de la sacarosa y del ácido acético en el almidón durante el proceso de gelatinización. El azúcar lo que propicia es limitar la hinchazón de los granos de almidón compitiendo con ellos por el agua, además que el azúcar eleva la temperatura con lo que los granos de almidón comienzan a espesar un líquido. Y con el ácido propicia una hidrolisis. La hidrolisis acida durante la cocción de los gránulos de almidón da lugar a la formación de dextrinas o polímeros de cadena corta, además que también da lugar a una menor absorción de agua por el granulo de almidón.
Bibliografía
Badui Dergal, S. (2013). Química de los Alimentos. México: Pearson.
BuenasTareas. (Abril de 2013). Factores que afectan la gelatinizacion y la gelificacion de almidones. Recuperado el 2015 de Febrero de 2015, de http://www.buenastareas.com/ensayos/Factores-Que-Afectan-La-Gelatinizaciony/25129946.html
Castro Martínez, R. (2015). Ciencia de Alimentos. Manual de Prácticas, 4-8.
Patentados. (2013). Procedimiento para la modificación del almidón. Recuperado el 15 de Febrero de 2015, de http://patentados.com/patente/procedimiento-para-lamodificacion-de-almidon/
Sherbrooke, A. (2005). ¿Qué es un gel? Recuperado el 15 de Febrero de 2015, de http://www.ugr.es/~agros/ugr/fisica56.htm
UCO. (2008). Capitulo 4: Almidones en los alimentos. Recuperado el 15 de Febrero de 2015, de http://www.uco.es/master_nutricion/nb/Vaclavik/almidones.pdf
Cuestionario
1. ¿Qué es un gel? Es una matriz o red de macromolécula interconectada que atrapan e inmovilizan a la fase liquida en sus espacios. 2. ¿Qué es una suspensión? Es un sistema de dispersión donde las cargas de las micelas del coloide se repelen unas con otras lo cual impide su agregación. 3. ¿Qué pasa cuando un gel alcanza la temperatura de gelatinización? Significa que los gránulos de almidón ya absorbieron mucha agua y formaron una matriz macromolecular que inmoviliza o aprisiona la fase liquida. 4. ¿Cómo afecta el azúcar y el ácido la temperatura de gelatinización? El azúcar al tener mayor afinidad al agua se empieza a disolver completamente en está impidiendo que el almidón absorba agua y forme redes; entonces la fuerza superficial disminuye. Por otro lado, el ácido al tener el pH bajo forma una estructura muy rígida y produce la sinéresis del gel. 5. ¿Considera que afecta la estructura del granulo en la temperatura de gelatinización que alcanza? La temperatura a la que diversos almidones gelatinizan es un intervalo de temperatura específico para cada tipo de almidón. Por lo tanto, si influye su estructura en la temperatura de gelatinización.
