CARBOHIDRATOS DE VEGETALES

Contenidos en la célula

Digeribles

Contenidos en la pared

No digeribles

Ácidos orgánicos

Mono y Disacáridos

FructanosOligosacáridosAlmidón Sustancias Pecticasuniones mixtas con ßglucanos

Celulosa Hemicelulosa

Azucares Almidón Fibra SolubleFructanos Fibra Insoluble

Almidón

- Se macera en agua con SO2

Fuentes de fabricación de almidónMaízPatata

Arroz Trigo Cebada

Maíz- Se tritura en agua con SO2 ’Suspensión- Se separan la fibra después proteínas (gluten) y finalmente el almidón por centrifugaciones y decantaciones sucesivas

Polisacáridos de las plantasPolisacáridos

Almidón

- En la cebada germinada (malta se produce la hidrólisis enzimática a glucosa y maltosa

Fuentes de fabricación de almidónMaízPatata

Arroz Trigo

Cebada

- Fabricación de cerveza

- El mayor consumo de almidón es para hidrolizarlo química o enzimáticamente a glucosas comerciales

Polisacáridos de las plantasPolisacáridos

Almidón

- En la industria de alimentos

Utilización del almidónDextrinas

PregelatinizadosGelificante Espesante

- En la industria farmacéutica

- En la industria del papel y textil

Adhesivo Aglomerante

Adhesivo Apresto

Polisacáridos de las plantasPolisacáridos

Entre los polímeros de carbohidratos es el más utilizado en la IA.Se obtiene de diversas fuentes : trigo, maíz, arroz (cereales) papa (tubérculos) tapioca , yuca (raíces). A. nativo es buen estabilizador y regulador en los sistemas alimenticios pero tiene limitaciones como baja resistencia al stress mecánico, baja resistencia térmica, descomposición térmica y una gran tendencia a la retrogradación

FUENTE % ALMIDÓN FORMA TAM. (DIÁMETRO)

MICRÓNARROZ 90 Poligonal 2-5

PAPA 17 Ovoide, esférica 5-100

MAÍZ 60 Redondo, poligonal

2-3

TRIGO 64 Redondo , Lenticular

1-45

TAPIOCA 26 Ovoide, Truncada 4-35

DISTRIBUCIÓN DEL TAMAÑO DEL GRÁNULOEJEMPLO : TRIGO (homogéneo)

Tamaños de algunos gránulos

Distribución bimodal : Trigo

Fotografía electrónicas gránulos de trigo

Jasmien Waterschoot,et. Al Starch/Stärke 2015, 67, 14–29

Fotografías Electrónica (SEM) de Gránulos de distintos almidones

a) Maíz b) Cassava c) Trigo d) Papa e) Arroz

Amilosa y amilopectina se organizan en gránulos semi cristalinos.Las cadenas externas de la amilopectina se organizan en una doble hélice cristalina

ETAPAS DE ORGANIZACIÒN DEL ALMIDÒN

10 9 10 8 10 7 10 6 10 5a. Glucosab. Doble hélice :Arriba I. de Difracción de rayos X, abajo estructurac. Laminillas : Arriba I. microscopía electrónica de transmisión de Alm. Hidrolizado mostrando la forma de las laminillas cristalinas. Abajo modelo de una laminilla

formada por 100 dobles hélices.d. Superhèlice : Arriba, Dispersión rayos X pequeño ángulo (SAXS), dispersión de gran angular de rayos X (WAXS), imágenes que indican estructura de doble

hélice. Abajo, modelo.e. Blockets Arriba: I. de microscopia de la superficie típica de un gránulo. Abajo modelo de Blockets más pequeños en zonas amorfas, (central) que las zonas

semicristalinas, (arriba y abajo)f. Imagen de microscopía electrónica de una sección ultrafina del gránulo de almidón hidrolizado, que muestra los anillos de crecimiento de capas alternas de

regiones amorfas y semi-cristalinos.g. Gránulo: Arriba: gránulo de almidón observados por mic. barrido electrónico (imagen grande) y el gránulo correspondiente bajo la luz polarizada

(recuadro)Medio: conjunto de patrones de difracción de rayos X (microfocus)sobre un gránulo de almidón que muestra la distribución y orientación de los campos cristalinos en un gránulo de almidón. Cada patrón de difracción corresponde a un área de aproximadamente de 3 μm2 de la especie y escalones de 7mm que separan los dos patrones. Abajo: sección del gránulo de almidón que muestra la orientación radial de los dominios cristalinos (laminillas) en un gránulo de almidón

gc d e fb

Empezando por un hilium central, el almidón es depositado alternando capas concéntricas amorfas y semicristalinas. Las amorfas contienen amilosa y los puntos de conexión de las dobles hélices de la amilopectina. Las cristalinas son las dobles hélices de las ramas de amilopectina

Puntos de conexión de dobles hélices

Monoclinic unit cell of A-type crystals and hexagonal unitcell of B-type crystals. Projection of the structure is in the ab plane.Reprinted from International Journal of Biological Macromolecules,23, Buléon, A., Colonna, P., Planchot, V. and Ball, S., Starchgranules: structure and biosynthesis, 85–112, Copyright (1998),with permission from Elsevier.18 J. Waterschoot et al. Starch/Stärke 2015, 67, 14–29 2014

Cristales de amilopectina dan diferentes Polimorfos que se empaquetan diferente (tipo A o B en la figura )

B mas denso que A y almacena más agua: Maíz , o almidones con alta concentración de Amilosa

AMILOPECTINA

¿Funcionalidad?

CARACTERÍSTICAS GENERALES

FUENTE % AMILOSA

%AMILOPECTINA

ARROZ 17 83

PAPA 22 78

MAÍZ 27 73

TRIGO 26 76

TAPIOCA 18 82

Almidón Humedad Lípidos(MS)

Proteínas(MS)

Fósforo(MS)

Papa 19 0.1 0.10 0.08

Maíz 13 0.8 0.35 0.02

Trigo 13 0.9 0.40 0.06

Tapioca 13 0.1 0.10 0.01

Maíz Waxy

13 0.2 0.25 0.01

Los enlaces alfa 1-4 le dan conformación en gran medida (77-79%)linear %

bajo de ramificaciones que no afectan su comportamiento funcional .

En solución, rápidamente se estructura en una cadena floja al azar con bajo % de hélices

Forma complejos helicoidales c/agentes complexantes (alcoholes y Lípidos) ubicándolos en el interior de la cavidad hidrofobica .Según largo del complexantes, ella acomoda sus unidades llegando a formar hélices únicas de diferentes tamaños (6 a 8 unidades por vuelta)

Participa activamente en la gelificación

Tendencia en solución a cristalizar (uniones intramoleculares)(Dureza pan y sinéresis)

Molécula muy grande, ramificada , largo ramas amplia distribución (trimodal, 17,56,200). Alto P.M.

Cadenas A Cadenas BCadenas C

Ramificaciones dependen del origen

Gran influencia propiedades del almidón, formas polimórficas de estructura cristalina, gelatinización, pastas, retrogradación

Principal componente en el aporte de viscosidad

No retrograda, sólo 10%, 5ºC, semanasPoca afinidad a formar complejos

Lípidos polares , 1%, importancia funcional(Complejo con amilosa en la gelatinización restringe hinchamiento lo que aumenta Tº para formar pastas y disminuye la viscosidad de las pastas)

Proteínas, 0,1-0,25%, semejantes al gluten, enzimas (endo α y β amilasas),en superficie proteínas extractables con sales en muy baja concentración (correlación con dureza del endosperma y por tanto

características de molienda del trigo)

RETROGRADACION

Almidón en estado amorfo presente en pastas, gel o soluciones gradualmente desarrollaUna estructura cristalina helicoidal de dobles hélices y pierde su capacidad de ligar agua.En este proceso las moléculas lineares de amilosa desarrollan esta estructura cristalina en forma mucha más rápida que la amilopectina

CARACTERISTICAS

1. Almidón retrogradado es más resistente a la acción enzimática (uso comercial como espesante y en alimentos de bajas calorías).

2. En AMILOSA la velocidad de retrogradación depende del grado de polimerizacion (DP) • Entre 80 a 100 unidades involucradas es máxima• Con 110 unidades en una solución al 1% forma precipitado• Con 1100 unidades forma geles• Entre 250 y 660 forma una mezcla de precipitado y gel• Bajo 6- 10 unidades no cristaliza• Una mezcla de cadenas cortas (6 unidades) y largas, retrogradan

3. En AMILOPECTINA la velocidad de retrogradación depende del largo de las ramificacionescuando son largas (maíz waxy) cristalizan más rapido que cuando son cortas (arroz waxy y almidón de maíz azucarado)

4. Almidones con altas concentraciones de lípidos y fosfolípidos retrogradan más rapido debido a que estos impiden la dispersión del almidón el cual al permanecer unido se facilita la cristalización

Moléculas de AMILOSA se unen por puentes de H(corto plazo)

Estructuras cristalinas de AMILOSA (R ácido y funde 150°C)

Firmeza inicial del gel

AMILOPECTINA recristaliza (poco R al ácido y funde a 50°C)

(largo plazo)

INTERACCIONES y COCRISTALIZACION de la amilosa y la amilopectina

AUMENTA la firmeza del gel a medida que pasa el tiempo

ETAPAS DE LA RETROGRADACIÓN(Responsabilidad de Amilosa o Amilopectina dependen de la etapa de consumo del producto,

contenido de agua y de almidón)

PROPIEDADES

Varias transformaciones que dan diversas estructuras físicas y propiedades al alimentos.

Remojado en agua absorbe hasta 30% de su peso en agua incorporándola en las regiones amorfas (reversible en tº inferiores a la de gelatinización).

CUANDO SE CALIENTA EN AGUA, PIERDE SUS DOBLES HÉLICES Y ANISOTROPÍA LO QUE CORRESPONDE A UN PROCESO IRREVERSIBLE CONOCIDO COMO GELATINIZACIÓN.

Almidón gelatinizado se calienta en exceso de agua en forma continua, los gránulos se hinchan aumentan la viscosidad y se forma una pastaTº propia de cada almidónProceso irreversible

Es un proceso endotérmico y requiere la presencia de agua u otro plastificante. 2 veces o más su peso en agua.

Variedad: Ampliamente correlacionado al largo de las ramas de amilopectina

Soluciones de sales neutras Cloruro Ca, Li , Tiocianato de K ayudan a la gelatinización

Azúcar : altas Concentraciones aumentan la Tº de gelatinización (Colapso de queques al salir del horno ya que por el azúcar almidón no alcanza a gelatinizar y formar la estructura que lo sostenga )

Altas concentraciones de azúcar + lipidos en galletas y bajo contenido de humedad, no gelatiniza

FORMACIÓN DE LA PASTA : principales eventos

Hinchamiento de gránulosRuptura y salida de polisacáridos del gránuloAumento de viscosidadFormación inicial de la red de Amilosa

Hinchamiento y Viscosidad

T ºC

Vis

cosi

dad

UB

T ºC60 100 5095

PapaTapioca

Maíz

Trigo

70 95 Enfriamiento

Viscosidad en frío

Almidones con alto poder de hinchamiento (papa) son más sensibles al rompimiento de los gránulos a 95°C. Influyen los grupos fosfatos

Aumentos de viscosidad en frío se deben al limitado rompimiento de los gránulos (cereales) y a la formación de la red inicial de la amilosa. Cereales contienen mayor % de amilosa

GELATINIZACIÓN

• PÉRDIDA DE LA ESRUCTURA CRISTALINA (desaparece el patrón de difracción rayos x) .

• ES UN TÉRMINO COLECTIVO QUE ABARCA VARIOS CAMBIOS MEDIBLES OCASIONADOS POR LA Tº Y HUMEDAD ( los diferentes aspectos del proceso se evaluan por distintas metodologías )

• Depende de Tº; Contenido de agua; tipo de almidón y concentración de almidón en la solución

50 60 70 80 90 100

Desap.Birref.

DSCEndoterma

Desap. Refraccion Rayos X

Solubilizacion

Poder Hinchamiento

CambiosMorfol.

CambiosConsist.Viscosidad

FORMACION GEL : La unión entrecruzada de las moléculas de almidón forman una red 3D. La Amilosa exhibe la mayor participación en el entrecruzamiento

                   

     PASTA: Una dispersión coloidal de almidón o de almidón cocido. E.j. La salsa blanca cocida es una pasta.

GELATINIZATION: Ya descrita. Principal causa es el hinchamiento

COSTRA A medida que las pastas caliente se enfrían , el agua se evapora dejando la formación de una costra en la superficie de la pasta. Para prevenir, poner un envase plástico directamente en la superficie

EFECTO DE INGREDIENTES EN PASTAS

AZUCAR aumenta el dulzor pero también decrece la viscosidad . Separa los gránulos de almidón.

ACIDOS disminuyen intensamente la viscosidad de manera que la pasta de almidón debe estar totalmente gelatinizadas antes de adicionar el ácidoPr ej. Pie de limón se hace con almidón de maíz, azúcar y agua. Después que la mezcla ha hervido y el almidón ha gelatinizado, se debe agregar el jugo de limón a la mezcla.

GRASA Disminuye la viscosidad..

CHOCOLATE requiere adicionar azúcar para balancear el fuerte sabor a chocolate lo que disminuye la viscosidad. Los chocolates que contienen además lípidos y mantequilla de cacao también la disminuyen ,si se disminuye el contenido de cacao afecta menos a la viscosidad. En este caso igual el azúcar adicional que se agrega para el balance del sabor, disminuye la viscosidad

CalorLa dextrinizacion por calor frecuentemente se produce en la elaboración de productos caseros en los que se forman salsa con jugo de carne. Esencialmente el calor hidroliza al polímero, la amilopectina pierde algo de su estructura de ramas y en la amilosa se acortan las cadenas (la pasta se licua). Otros ingredientesÁcidosLa adición de ácidos (jugo de limón en pie) y enzimas produce dextrinización al ser agregados antes que gelatiniceAzúcarSe pierde viscosidad y la fuerza del gel. Se supone compite por el agua y afecta a la gelatinización. Depende del azúcar

Bean, M.M. and W.T. Yamazaki. 1978. Used with permission, Institute of Food Technology

Lípidos , surfactantesNo permiten la entrada del agua hacia el interior del gránulo con lo cual no aumenta la viscosidad ni gelatiniza

Se pierde viscosidad y la fuerza del gel

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE GELATINIZACIÓN

Tipo y cantidad de agitación Dispersión de almidón de maíz gelatinizado, en el cual debido a la agitación , los puentes de unión se han roto.

Tipo y Cantidad de almidónAlmidones con mayor cantidad de amilopectina serán más viscosos mientras los que contienen amilosa formarán un gel más firme (mas fuerte)

Velocidad de Calentamiento. A la misma T º final una dispersión de almidón de maíz que se calienta más rápidamente formará una pasta mas gruesa que otro que se calienta lentamente

Temperatura optima de gelatinizaciónEs propia de cada almidón. Si no se ha alcanzado no se logra la optima viscosidad en las pastas ni la óptima fuerza en los geles. Si se sobregelatiniza las pastas perderán su viscosidad y los geles su fuerza debido a que los gránulos hinchados se fragmentan fácilmente con un poco de agitación o bien se contraen al perder tanta amilosa.

EnfriamientoImpactará la fuerza del gel. Si se enfría muy rápido la amilosa no tendrá tiempo de formar la red 3D. Si se hace muy lento, las fracciones de amilosa tendrán la ocasión de acercarse mucho y la porción líquida no quedará atrapada y sale. En ambos casos hay sinéresis y pérdida de líquido

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE GELATINIZACIÓN

FUNCIONALIDAD DEL ALMIDON

Estructura y tamaño del Gránulo

Contribuye en la rapidez de gelatinización y en su T º de Gelatinización

Firmeza de la pasta

Las moléculas de amilosa al ser rectilíneas , se alinean más fácilmente y asocian por puentes de H en el espacio 3D con lo que contribuyen a FORMAR GELES y a influir en la fuerza del gel.

El contenido de amilosa se correlaciona positivamente con la fuerza del gelPresencia de Lípidos y amilopectina se correlacionan negativamente con la fuerza de gel La amilopectina por ser ramificada no lo puede hacer fácilmente y forma puentes de H más débiles.

Cristalización de amilosa y amilopectina aumentan dureza en el tiempo

Factores : Concentración; Tiempo de almacenaje; T°C

En mismas condiciones Maíz = Trigo = Papa > Cassava

Claridad de la Pasta (Transmitancia a 650nm , solución al 1%)

Pastas opacas: Salsas, aderezos, puddings, flanes.

•Cadenas cortas de Amilosa y Amilopectina •Ausencia de estructura granular•Waxy más claros por mayor concentración de amilopectina

Pastas claras : Jaleas, rellenos con frutas

•Interacciones sucesivas entre polímeros que salen del gránulos•Complejos lípidos – amilosa•Gránulos hinchados•Tiempo : aumentan interacciones polímeros de amilosa y amilopectina (cereales)

Claridad : Papa > Cassava > Waxy > Cereales

Estabilidad a la congelación/descongelación(medida por la sinéresis)

Fundamento :Durante la congelación los solutos se concentran en la matriz sin congelar .En la descongelación la amilosa y amilopectina de estas regiones se asocian, aumentan agregados insolubles, al fundirse los cristales de hielo el agua no puede ser absorbida por el gel

Factores

•Congelación lenta : cristales grandes que rompen el gel. También favorece la asociación entre moléculas amilosa•Alto contenido de amilosa•Alta estabilidad en almidones con lípidos (Hinchamiento limitado favorece permanencia en el gránulo, se favorece re-asociación)

EJEMPLOS del rol del almidón el diseño de productosGeneralmente si contiene más amilosa, más alta la temperatura de gelatinización. Esto se explica porque las moléculas de amilosa por su linealidad tiene una gran cantidad de puentes de H lo que implica más energía para romperlos y gelatinizar

Fuerza de gel: En solución las moléculas de amilosa se alinean más fácilmente uniéndose por puentes de H y contribuyen con la fuerza del gel

La viscosidad : depende del peso molecular. La amilopectina presenta un peso molecular mucho más alto que la amilosa por tanto constituye el agente VISCOSANTE

Un almidón con alta cantidad de amilosa podría producir un postre (Flan, pudding ) muy duro

Un almidón con alta cantidad de amilopectina se obtiene la viscosidad correcta pero, en un batido al consumirlo va a ser “hilachudo” o pegajoso

Es importante elegir las proporciones adecuadas de amilosa:amilopectina

Alimentos extruidos

Se quiere para una buena estructura del producto

Formar films o películas de almidón que se forman de la asociación linear de las

moléculas de amilosa por tanto, mientras más amilosa, mejor es la formación de la

película ( compactibilidad)

Crocancia Juega un rol la amilopectina la cual atrapa mucha agua por sus

ramificaciones. El agua durante la aplicación de calor se transforma en vapor de agua

el que luego se evapora dejando cavidades de aire en la estructura necesarias para la

sensación de crocancia.

La selección de almidones de diferentes fuentes debe

mantener en la fórmula final relaciones adecuadas de amilosa: amilopectina

que aporten las características finales deseadas del producto

AUMENTAR VIDA UTIL ALIMENTOS

Se basa en aprovechar su capacidad de retener agua .

Almidón debe estar gelatinizado

Aumenta tendencia tendencia a asociación molécular(amilosa).

Cristalización

Retrogradación

Las ramas de amilopectina aportan distanciamiento estérico lo que

dispersa y evita la asociación, dificultando la retrogradación

Almidones usados como engrosantesMAIZ• Contiene una mezcla de Amilosa y

Amilopectina• Forma gel firme que mantiene sus

bordes cuando se corta• Relativamente translúcidos• Retrograda con almacenaje. • Variedad especial, Waxy , alto

contenido de amilopectina. No gela ni retrograda, puede ser usado en conservas.

• Mucilaginoso

TRIGO  • No es puro, contiene proteínas,

lípidos, pigmentos y otras sustancias

• Se requiere el doble de la cantidad de harina para obtener la misma capacidad engrosante que el de maíz

• Gel opaco debido a la presencia de proteínas

• Forma un gel firme cuando se corta• Retrograda con el almacenaje

Almidones usados como engrosantes ARROZ

• Gel frágil• A veces opaco• No muy viscosos• Variedad waxy oriental, muy

glutinosos con gran cantidad de amilopectina

• Gel mucilaginoso

PAPA

• Alternativa para personas muy sensibles a almidon de cereales

• Alta cantidad de amilosa.

• Gel translúcido

• Viscoso, mucilaginosos

• Retrograda con el almacenaje.