ALMIDONES

El almidón es un polisacárido de reserva alimenticia predominante en las plantas, constituido por amilosa y amilopectina. Proporciona el 70-80% de las calorías consumidas por los humanos de todo el mundo. Tanto el almidón como los productos de la hidrólisis del almidón constituyen la mayor parte de los carbohidratos digestibles de la dieta habitual. Del mismo modo, la cantidad de almidón utilizado en la preparación de productos alimenticios, sin contar el que se encuentra presente en las harinas usadas para hacer pan y otros productos de panadería.

Los almidones comerciales se obtienen de las semillas de cereales, particularmente de maíz (Zea mays), trigo (Triticum spp.), varios tipos de arroz (Oryza sativa), y de algunas raíces y tubérculos, particularmente de patata (Solanum tuberosum), batata (Ipomoea batatas) y mandioca (Manihot esculenta). Tanto los almidones como los almidones modificados tienen un número enorme de posibles aplicaciones en los alimentos, que incluyen las siguientes: adhesivo, ligante, enturbiante, formador de películas, estabilizante de espumas, agente anti-envejecimiento de pan, gelificante, glaseante, humectante, estabilizante, texturizante y espesante.

El almidón se diferencia de todos los demás carbohidratos en que, en la naturaleza se presenta como complejas partículas discretas (gránulos). Los gránulos de almidón son relativamente densos, insolubles y se hidratan muy mal en agua fría. Pueden ser dispersados en agua, dando lugar a la formación de suspensiones de baja viscosidad que pueden ser fácilmente mezcladas y bombeadas, incluso a concentraciones mayores del 35%.

El trigo, el centeno (Secale cereale) y la cebada (Hordeum vulgare) tienen dos tipos de granos de almidón: los grandes lenticulares y los pequeños esféricos. En la cebada, los granos lenticulares se forman durante los primeros 15 días después de la polinización. Los pequeños gránulos, representando un total de 88% del número de granos, aparecen a los 18-30 días posteriores a la polinización.Los almidones de los cereales contienen pequeñas cantidades de grasas. Los lípidos asociados al almidón son, generalmente, lípidos polares, que necesitan disolventes polares tales como metanol-agua, para su extracción. Generalmente el nivel de lípidos en el almidón cereal, está entre 0.5 y 1%. Los almidones no cereales no contienen esencialmente lípidos.

Químicamente es una mezcla de dos polisacáridos muy similares, la amilosa y la amilopectina; contienen regiones cristalinas y no cristalinas en capas alternadas. Puesto que la cristalinidad es producida por el ordenamiento de las cadenas de amilopectina, los gránulos de almidón céreo tienen parecido grado de cristalinidad que los almidones normales. La disposición radial y ordenada de las moléculas de almidón en un gránulo resulta evidente al observar la cruz de polarización (cruz blanca sobre un fondo negro) en un microscopio de polarización cuando se colocan los polarizadores a 90° entre sí. El centro de la cruz corresponde con el hilum, el centro de crecimiento de gránulo.

La amilosa es el producto de la condensación de D-glucopiranosas por medio de enlaces glucosídicos a(1,4), que establece largas cadenas lineales con 200-2500 unidades y pesos moleculares hasta de un millón; es decir, la amilosa es una a-D-(1,4)-glucana cuya unidad repetitiva es la a-maltosa. Tiene la facilidad de adquirir una conformación tridimensional helicoidal, en la que cada vuelta de hélice consta de seis moléculas de glucosa. El interior de la hélice contiene sólo átomos de hidrógeno, y es por tanto lipofílico, mientras que los grupos hidroxilo están situados en el exterior de la hélice. La mayoría de los almidones contienen alrededor del 25% de amilosa. Los dos almidones de maíz comúnmente conocidos como ricos en amilosa que existen comercialmente poseen contenidos aparentes de masa alrededor del 52% y del 70-75%.

La amilopectina se diferencia de la amilosa en que contiene ramificaciones que le dan una forma molecular a la de un árbol; las ramas están unidas al tronco central (semejante a la amilosa) por enlaces a-D-(1,6), localizadas cada 15-25 unidades lineales de glucosa. Su peso molecular es muy alto ya que algunas fracciones llegan a alcanzar hasta 200 millones de daltones. La amilopectina constituye alrededor del 75% de los almidones más comunes. Algunos almidones están constituidos exclusivamente por amilopectina y son conocidos como céreos. La amilopectina de papa es la única que posee en su molécula grupos éster fosfato, unidos más frecuentemente en una posición O-6, mientras que el tercio restante lo hace en posición O-3.

PROPIEDADES DEL ALMIDON

Gelatinización

Los gránulos de almidón son insolubles en agua fría, pero pueden contener agua al aumentar la temperatura, es decir los gránulos de almidón sufren el proceso denominado gelatinización o gelificación. Durante la gelatinización se produce la lixiviación de la amilosa, la gelatinización total se produce normalmente dentro de un intervalo más o menos amplio de temperatura, siendo los gránulos más grandes los que primero gelatinizan.

Los diversos estados de gelatinización pueden ser determinados. Estos estados son: la temperatura de iniciación (primera observación de la pérdida de birrefrigerancia), la temperatura media, la temperatura final de la pérdida de birrefrigerancia (TFPB, es la temperatura a la cual el último gránulo en el campo de observación pierde su birrefrigerancia), y el intervalo de temperatura de gelatinización.

Al final de este fenómeno se genera una pasta en la que existen cadenas de amilosa de bajo peso molecular altamente hidratadas que rodean a los agregados, también hidratados, de los restos de los gránulos.

Gelificacion

La gelificacion es la foormacion de un gel y no se produce hasta que se enfria el almidon gelatinizado (en otras plabaras, la gelatinizacion debe preseder a la gelificacion). Si la pasta de almidon se deja enfriar se forman enlaces de hidrogeno intermoleculares entre las moleculas de amilosa.

El efecto red da lugar a una red tridimensional continua de granulos hinchados. Al igual que en cualquier otro tipo de gel, el agua queda atrapada en la red continua solida. Los geles formados se hacen progreivamente mas fuertes durante las primeras horas tras la preparacion. Los almidones que contienen unicamente moleculas de mailopectina no forman geles a menos que la pasta este muy concentrada (> o = a 30%).

Retrogradación

Se define como la insolubilización y la precipitación espontánea, principalmente de las moléculas de amilosa, debido a que sus cadenas lineales se orientan paralelamente y reaccionan entre sí por puentes de hidrógeno a través de sus múltiples hidroxilos; se puede efectuar por diversas rutas que dependen de la concentración y de la temperatura del sistema. Si se calienta una solución concentrada de amilosa y se enfría rápidamente hasta alcanzar la temperatura ambiente se forma un gel rígido y reversible, pero si las soluciones son diluidas, se vuelven opacas y precipitan cuando se dejan reposar y enfriar lentamente.

La retrogradación esta directamente relacionada con el envejecimiento del pan, las fracciones de amilosa o las secciones lineales de amilopectina que retrogradan, forman zonas con una organización cristalina muy rígida, que requiere de una alta energía para que se rompan y el almidón gelatinice.

Las moléculas de amilosa y amilopectina están dispersas en la solución acuosa (gelatinizada) de almidón. Después del enfriamiento, las porciones lineales de varias moléculas se colocan paralelamente debido a la formación de enlaces H. Esto obliga a las moléculas de agua a apartarse y a permitir que las moléculas cristalicen juntas.

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).

El fenómeno de sinéresis puede observarse en la vida cotidiana en las cremas de pastelería, yogures, salsas y purés.

Sineresises la separación de las fases que componen una suspensión o mezcla. Es la extracción o expulsión de un líquido de un gel, por lo que el gel pasa de ser una sustancia homogénea a una segregación de componentes sólidos separados y contenidos en la fase líquida.

Un fenomeno importante que presenta que presenta el almidón es la gelatinización, al echar granos de almidón en agua, se produce una dispersión ya que no es soluble, pero los granos son capaces de embeber agua, este fenomeno aumenta con la temperatura. Es un proceso irreversible. A una determinada temperatura el grano se rompe y aparece la gelatinización. Cada almidón tiene un punto de gelatinización diferente, el trigo 80-85 grados, el maiz 70-72 y la patata 60-65 grados. Las dispersiones de almidón son viscosas y esta viscosidad varía con la temperatura. Los geles pueden cristalizar con el tiempo esto es la RETROGRADACION, la dispersión se calienta hasta una temperatura inferior a la gelatinización y se enfría. El almidón puede dar sineresis, es decir el gel con el tiempo pierde agua, acentuandose con tratamientos extremos: congelación y fritura.

Las modificaciones pueden hacerse por distintas técnicas:

Pregelatinización

El almidón pasa por unos rodillos calientes, aumentando la capacidad para embeber agua incluso en frío.

Fluidificación

El almidón se trata con HCl diluido a 50 grados, disminuyendo la longitud de las cadenas de almidón; tiene la ventaja de que permite trabajar con mayor concentración de almidón para conseguir la misma viscosidad.

Reticulación

Se pretende evitar que el gel de almidón cristalice, forma enlaces transversales entre las diferentes estructuras de almidón. De esta forma obtengo un almidón con propiedades gelificantes, espesantes, independientemente del tratamiento térmico.

Estabilización

En el almidón natural los principales responsables de la cristalización son las cadenas ramificadas de la amilopectina. En este proceso se metilan; idóneo para salsas.

Hidrocoloides en confitería . En la confitería aportan texturas variadas, contri-buyen en la inhibición o retraso de procesos de recristalización de la sacarosa, estabilizan emulsiones y espumas, contribuyen a la suspensión de sólidos o actúan como agentes ligantes.

Contenido [ocultar] 

1 Introducción 2 Funciones en confitería 3 Hidrocoloides más empleados en la confitería 4 Sinergismo 5 Propiedades espesante y gelificante 6 Fuerza del gel 7 Forma de uso y aplicación del almidón en la confitería

o 7.1 Almidones nativoso 7.2 Almidones modificados

8 Forma de uso y aplicación de las pectinas en la confitería 9 Fuentes

IntroducciónEl grupo de los hidrocoloides. Se trata de macromoléculas, principalmente polisacáridos, extraídas mayoritariamente de materiales vegetales (almidones, gomas, pectinas) y en algunos casos, de productos de origen animal

(proteínas), microbiano e incluso sintético. Se caracterizan por su dispersabilidad en agua fría o caliente que conduce a la producción de soluciones o dispersiones viscosas, y en ciertos casos a la formación de geles, lo cual las hacen componentes texturales importantes en la mayoría de los alimentos, bien como constituyentes naturales o como aditivos en los alimentos procesados. Pueden ser utilizados combinados entre sí o con otros elementos, tales como surfactantes, emulsificadores, etc., de acuerdo a las características de cada uso en particular.

Funciones en confiteríaEn la confitería aportan texturas variadas, contribuyen en la inhibición o retraso de procesos de recristalización de la [[sacarosa, estabilizan emulsiones y espumas, contribuyen a la suspensión de sólidos o actúan como agentes ligantes entre diversos ingredientes, reducen lasinéresis y favorecen que la vida de anaquel de los productos se vea incrementada. A pesar de que la mayoría de estos compuestos se extraen de materiales en los que se encuentran en forma natural, usualmente son considerados aditivos alimentarios ya que se añaden a las formulaciones de manera deliberada y no como componentes naturales de las materias primas, con excepciones como la gelatina o grenetina y los almidones, que son considerados como ingredientes

Hidrocoloides más empleados en la confiteríaEntre los de origen vegetal, encontramos: Los que se obtienen de plantas o frutos como el Almidón, las Pectinas y la Carboximetilcelulosa. Los que se obtienen de exudados de árboles como la Goma Arábiga, la Goma de Tragacanto y la Goma de Karaya. Los que se obtienen de algas marinas como el Agar-agar, las Carrageninas y los Alginatos Los que se obtienen de semillas como la Goma guar y la Goma de algarrobo. Entre los de origen animal encontramos: Los que se obtienen de la leche como los Caseinatos y las Proteínas de suero y los que se obtienen de la piel, huesos y cartílagos como la grenetina. Entre los microbianos encontramos la goma de xantana, que se obtiene a partir de diversos microorganismos.

SinergismoAdemás de las propiedades que confieren los hidrocoloides a los sistemas alimentarios en los que son adicionados, es posible que se presente un efecto potenciado si se adicionan mezclas de estas moléculas, pudiendo lograrse mejoras en las características finales, inclusive con menores cantidades de los agentes o efectos más allá de la propiedad espesante en algunos casos. La acción combinada de la mezcla de sustancias se conoce con el nombre de sinergismo, fenómeno que se aprovecha en los procesos de confitería para lograr aún mejores resultados que los que se pueden obtener con el uso de un solo agente espesante o gelificante a la vez. Algunos ejemplos de lo anterior son las mezclas de carrageninas con gomas de algarrobo o guar, en donde pueden reducirse las cantidades empleadas de las primeras y al mismo tiempo obtenerse un gel con más cohesión gracias a las interacciones que se dan entre las zonas moleculares sin ramificaciones de las moléculas de cualquiera

de las segundas a través de los enlaces hidrógeno con las dobles hélices de las carrageninas. Otro ejemplo lo representa el sinergismo que existe entre la goma xantana y las gomas de algarrobo o guar, en donde ninguna de las dos combinaciones empleadas por separado presenta propiedades gelificantes, sino solamente espesantes; en cambio, al ser mezcladas, se genera una interacción entre zonas de ambas moléculas, produciéndose un importante incremento en la viscosidad, que puede tecnológicamente ser percibido como gelificación. Otros casos de sinergias se dan al combinar pectinas de alto metoxilo y alginatos con algunos hidrocoloides y proteínas.

Propiedades espesante y gelificanteLas propiedades características que presentan los compuestos hidrocoloides están fuertemente vinculadas a la interacción que tienen con el agua. Desde el punto de vista de la capacidad espesante, puede señalarse que todas estas sustancias presentes en concentraciones de alrededor de 1 % en relación con el total de la formulación pueden incrementar de forma notable la viscosidad del medio acuoso en el que se encuentran, aunque no llegan a generar in-teracciones macromoleculares tan fuertes que lleven a la formación de geles. Así, presentan diferentes capacidades espesantes dependiendo de sus propiedades fisicoquímicas, como podrá verse a través de las descripciones que se harán en este capítulo. Si existe una estrecha asociación polímero-polímero así como polímero-solvente, puede originarse la formación de geles, que son sistemas de dos fases constituidos por una red macromolecular interconectada y enlazada que conforman una estructura tridimensional sólida en la que queda atrapada la fase líquida. Los geles que pueden formarse presentan diversos grados de elasticidad y rigidez, dependiendo de factores como la composición del propio agente de gelificación, la concentración en la que se encuentra, así como de las características del medio, en especial del pH.

Fuerza del gelLa rigidez del gel de un hidrocoloide, particularmente de la grenetina, se conoce como fuerza del gel. Esta fuerza o rigidez dependerá en principio de la cantidad de grenetina que se emplee, pero también tiene una estrecha relación con los factores del proceso por medio del cual fue extraída, así como de las características fisicoquímicas generadas. La rigidez de un gel se incrementa con el tiempo y alcanza un equilibrio después de 18 horas. En la industria de la confitería, el conocimiento de este parámetro de calidad de las gelatinas o grenetinas comerciales proporciona información que es de gran utilidad en la fabricación de muchos productos. Actualmente, la medición puede realizarse empleando diversos aparatos y métodos, siendo frecuente la expresión del resultado en grados o unidades Bloom. Así, el Bloom en un gel corresponde al peso necesario que debe ejercerse sobre un pistón de 12.7 mm de diámetro para comprimir 4 mm la superficie del gel de concentración conocida (6.67% para el caso de grenetina o bien 0.5 o 1% para el caso de geles de agar-agar); este gel se ha mantenido por 17 horas a 10 °C. El resultado está vinculado a la elasticidad mecánica del gel. Elconocimiento de este parámetro también es posible en pectinas, otro grupo de hidrocoloides que es muy utilizado en

diversos productos; su poder gelificante se expresa como grados SAG (fuerza de hundimiento requerida en un gel estándar, por sus siglas en inglés), y se define como la cantidad de gramos de azúcar (sacarosa) que necesita un gramo de pectina para formar un gel de firmeza estándar bajo condiciones establecidas de acidez y de sólidos solubles. A este proceso se le denomina gradación de la pectina. en que gelifican, así como en relación con la velocidad con la que el gel puede formarse La mayoría de las pectinas comerciales de alto metoxilo (grupo que abarca varios tipos de pectinas), se encuentran estan-darizadas y normalizadas a 150° SAG y son las que generalmente se emplean en los productos de confitería. Los tipos existentes presentan propiedades diferentes en cuanto al pH y concentración de sólidos solubles (tomando desde pocos minutos hasta 1-2 horas), propiedades que permiten la selección del más adecuado, dependiendo de los requerimientos tecnológicos.

Forma de uso y aplicación del almidón en la confitería

Almidones nativosLos almidones nativos pueden emplearse en la industria confitera con aplicaciones que aprovechan sus funciones. Se utilizan como agentes espesantes, de volumen y de control de texturas, como antiadherentes e incluso como agentes de moldeo y acabado de ciertos productos. En el caso de algunas aplicaciones, este tipo de almidones puede presentar limitantes debido principalmente al efecto negativo que tienen algunos factores como la temperatura, la presión y el pH. Por ejemplo, cuando se calienta un producto que incluye almidones nativos en su formulación se presenta una tendencia a perder líquido, o bien, cuando se emplean en productos de confitería ácidos, la viscosidad tiende a decrecer con la manipulación física del producto (agitación, flujo en tuberías, etcétera). Quizá los usos más frecuentes de los almidones nativos sean como agente de moldeo, agente de volumen, antiadherente y de empolvado o acabado; esto es, en muy pocos casos se emplean directamente en formulación, más bien como auxiliares tecnológicos. Para las otras aplicaciones, se recomienda el empleo de almidones modificados.

Almidones modificadosLos almidones nativos pueden tratarse para conseguir mejores propiedades, o bien para cubrir de una forma más adecuada desde el punto de vista de función tecnológica la gama de propiedades fisicoquímicas específicas de los produc-tos a elaborar. Por ello, se someten a procesos de modificación por vía física, química o enzimática. Los más comunes son gelatinización, fluidización por ácidos, esterificación, oxidación, además de enlaces cruzados, fosfatado y sulfatado, aunque estos últimos de menor frecuencia. Mediante estos tratamientos, el almidón se altera para obtener diversas capacidades funcio-nales, como más bajo punto de gel, viscosidad incrementada o reducida, mejor claridad, mayor tolerancia a pH ácido y a trabajo mecánico. Para su uso en productos de confitería, los almidones modificados, en general, aportan las siguientes ventajas: -Imparten estabilidad ante parámetros como acidez,

temperatura y esfuerzos mecánicos durante el proceso, o bien, a través del tiempo de almacenamiento. -Imparten características funcionales selectivas como la alteración de viscosidad, modificación del desarrollo de viscosidad durante el proceso, o una mejora en las propiedades de formación de película. -Imparten propiedades estético selectivas. Los productos de uso industrial que se obtienen a partir de la modificación del almidón tienen diversas aplicaciones en la industria confitera: en caramelos suaves o chiclosos, gomitas, malvaviscos, goma de mascar, productos grageados y productos comprimidos, por mencionar algunos.

Forma de uso y aplicación de las pectinas en la confiteríaEstos hidrocoloides presentan una gran capacidad para la formación de geles, que es una de sus principales funciones tecnológicas aprovechables en productos de confitería, aunque también pueden proporcionar propiedades espesantes y estabilizantes. Usualmente, las pectinas se presentan en polvo. Debido a que se hinchan rápidamente con el agua, para preparar sus disoluciones deben mezclarse con una tercera parte del total de sacarosa de la formulación, además de ir acompañadas de una sustancia como el citrato de sodio que actúa como buffer (regulando el pH de la solución que se forme), adicionado en proporciones 1:2 (citrato de sodio-pectina), realizando la incorporación por medio de una fuerte agitación para separar adecuadamente los gránulos y evitar la formación de grumos (que después son casi imposibles de disolver); una vez dispersas, debe permitirse su hidratación o hinchado (el tiempo necesario), dependiendo de la temperatura, de la cantidad de pectinas e incluso de la dureza del agua empleada. Así, debe obtenerse una solución homogénea, en la que las pectinas deben haber fijado de 15 a 25 veces su peso en agua. La dosis usual de empleo de estos agentes se encuentra en el orden de 1.2 a 2% con relación al peso final del producto. En el ramo de la confitería, las HMP son utilizadas en aplicaciones muy diversas: usualmente se encuentran en formulaciones típicas de ates y mermeladas y en una amplia gama de dulces como jaleas, rellenos de gomitas, chicles y malvaviscos. También están presentes en productos como rellenos para chocolates con bajos o nulos contenidos de sacarosa, en cuyo caso se recomienda el empleo de las LMP.

http://www.revistas.unal.edu.co/index.php/rcolquim/article/view/13627/36577

MODIFICACIÓN FÍSICA DEL ALMIDÓN DE YUCA Y EVALUACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD A LA HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA POR

UNA ALFA AMILASAPHYSICAL MODIFICATION OF CASSAVA STARCH AND

EVALUATION OF SUSCEPTIBILITY TO ENZYME HYDROLYSIS BY ALPHA AMYLASE

MODIFICAÇÃO FÍSICA DO AMIDO DE MANDIOCA Y AVALIAÇÃO DO SUSCEPTIBILIDADE À HIDRÓLISE ENZIMÁTICA COM UMA

ALFA AMILASE 

Jenny C. Martín1, Elizabeth López1,21 Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá, Bogotá, Colombia.2 mlopezr@unal.edu.coRecibido: 13/11/09 - Aceptado: 15/12/09

RESUMENAlmidón de yuca comercial (variedad MTAI8) se sometió a modificación física por sinéresis, extrusión, gelatinización y secado por rodillos. Al almidón nativo y a los almidones modificados se les determinó su morfología, cristalinidad, distribución molecular y susceptibilidad a la hidrólisis enzimática con una alfa amilasa porcina pancreática.En los almidones modificados físicamente se incrementó el grado de hidrólisis, en comparación con el almidón nativo. Sin embargo no se observaron diferencias estadísticamente significativas en el grado de hidrólisis entre los almidones modificados.El patrón de difracción de rayos X tipo A, presentado por el almidón de yuca nativo y su propiedad birrefringente se alteraron por los pretratamientos, presentándose difractogramas de estructuras amorfas y pérdida de la cruz de malta en los almidones modificados. La microscopía electrónica de barrido (MEB) demostró alteración en la apariencia y estructura del gránulo nativo, dando lugar a partículas de formas irregulares con superficies fragmentadas y rugosas como resultado del proceso de modificación.La cromatografía de exclusión sobre sepharosa 6B confirmó la desaparición de la fracción de alto peso molecular presente en el almidón nativo, con el consecuente incremento de las fracciones de bajo peso molecular en los almidones modificados.Palabras clave: almidón de yuca, sinéresis, gelatinización, secado por rodillos, extrusión, hidrólisis enzimática, a-amilasa.

ABSTRACT

Cassava starch (MTAI 8 variety) was subjected to syneresis, gelatinization, extrusion and processing by drum dryers. The morphology, crystallinity, molecular weight distribution and susceptibility to enzyme hydrolysis by porcine pancreatic a-amylase were determined before and after the physical treatments.The physically modified starches increased the extent of a-amylolysis, compared to the native one. However, there were not significant differences in the degree of amylolisis between the treatments during the procedure. Both the X-ray pattern type-A, presentedinthecassavastarch, and its birrefringent property, observed in polarized light, were altered by the treatments causing amorphous structures and the loss of the Maltese cross. When the modified starches were observed n scann ng electron micrographs (SEM), an alteration in the appearance and structure of the native granule was shown, where particles with irregular shape and fragmented and wrinkled surfaces could be seen as a result of the modification process.The profile of the size exclusion chromatography on sepharose 6B showed two characteristic fractions of high and low molecular weight in the native starch, while in modified starches only one peak was obtained showing low molecular weight.The data showed that the treatments modified the physical structure of the starch granule, allowing more accessibility for the enzyme to the amorphous and crystalline regions of starch.Key words: Cassava starch, syneresis, gelatinization, extrusion, drum dryers, enzyme hydrolysis, a-amylase.

RESUMOAmido de mandioca comercial (variedade MTAI 8) foi submetido a modificação física por sinérese, extrusão, gelatinização e secado por tambor. Foram determinados para o amido nativo e os amidos modificados a sua morfologia, cristalinidade, distribuição molecular y susceptibilidade à hidrólise enzimática com uma alfa amilase porcina pancreática.Nos amidos modificados fisicamente foi verificado um aumento do nível de hidrólise, em comparação com o amido nativo. Porém, não se observaram diferenças estatisticamente significativas no nível de hidrólise entre os almidões modificados.O padrão de difracção de raios-X tipo A apresentado pelo amido de mandioca nativo e a sua propriedade birrefringente, foram alterados pelos prétratamentos, apresentando-se difractogramas de estruturas

amorfas y perda da cruz de malta nos almidões modificados. A microscopia electrónica de barrido (MEB) demonstrou alteração na aparência e estrutura do granulo nativo, dando lugar a partículas de formas irregulares com superfícies fragmentadas e rugosas como resultado do processo de modificação.A cromatografia de exclusão sobre sepharosa 6B corroborou a desaparição da fracção de alto peso molecular presente no amido nativo, com o consequente aumento das fracções de baixo peso molecular nos almidões modificados.Palavras-chave: amido de mandioca, sinérese, gelatinização, secado por tambor, extrusão, hidrólise enzimática,a-amilase.

INTRODUCCIÓNLos granulos de almidón están formados por dos polímeros de glucosa: amilosa, que es lineal, y amilopectina, que es ramificada. Estos polímeros forman una estructura en capas alternadas de regiones amorfas y cristalinas de baja y alta densidad (1,2). Los polisacáridos del almidón están densamente empaquetados por medio de enlaces de hidrógeno intra e inter moleculares, formando un estado policristalino que los hace insolubles en agua fría y frecuentemente resistentes a tratamientos químicos y enzimáticos (3). La cristalinidad es el resultado de la formación de hélices dobles entre las cadenas exteriores de amilopectina y las cadenas de amilosa (4, 5).Para un almidón determinado, la velocidad de hidrólisis es dependiente del tipo de enzima, de las condiciones de hidrólisis y de las modificaciones físicas y químicas previas a la hidrólisis.El calentamiento del almidón en suspensión acuosa mejora tanto la hidrólisis ácida como la susceptibilidad a la acción de las enzimas amilolíticas, ya que cambia la estructura granular (6).Se ha observado que la sinéresis y la pregelatinización inducen cambios en el poder de hinchamiento, solubilidad y estabilidad durante el almacenamiento en almidones de banano, yuca, papa y maíz (4, 7). Kimura y Robyt trataron con glucoamilasa almidones gelatinizados variando el tiempo del tratamiento y encontraron un incremento en la susceptibilidad enzimática dependiendo del tipo de almidón (8).En almidones sometidos a extrusión, Hagenimana y cols. demostraron que la susceptibilidad a la a-amilasa y glucosidasa se debe a la gelatinización que sufren durante el tratamiento, probablemente

como una consecuencia de la degradación molecular en conjunto con un incremento en la solubilidad en agua (9). Otros investigadores han encontrado que durante la extrusión de almidones de yuca a diferentes pH hay una pérdida de la estructura cristalina (10) y además la formación de complejos con proteínas y lípidos (11). Así mismo en trabajos de extrusión con almidones de cereales se ha encontrado fragmentación molecular de los polímeros y desnaturalización de proteínas (12).Los productos de hidrólisis del almidón de yuca tienen un amplio campo de aplicaciones, como por ejemplo la producción de maltosa, dextrinas y, en general, azúcares fácilmente fermentables, que se utilizan en diversas industrias, destacándose en la actualidad el interés en la producción de alcohol combustible como alternativa energética.El propósito de este estudio fue investigar el efecto de los pretratamientos de sinéresis, gelatinización, extrusión y secado por rodillos sobre la susceptibilidad del almidón de yuca comercial variedad MTAI 8 a la degradación pora-amilasa porcina pancreática y analizar las posibles ventajas del almidón tratado respecto al almidón nativo.MATERIALES Y MÉTODOSMaterialesEl almidón de yuca, obtenido por vía húmeda a partir de raíces de yuca (variedad MTAI 8), se compró en la distribuidora de insumos Ciacomeq (Bogotá, Colombia). La enzima &aplha;-amilasa (Tipo 6A-6886, porcina pancreática) se obtuvo de Sigma-Aldrich. Los demás reactivos empleados fueron de grado analítico.MétodosSinéresis iteradaDe acuerdo con el método de Lewandowicz y cols. (6), una suspensión acuosa al 3% de almidón nativo se sometió a ebullición durante 4 horas, seguida de reposo a temperatura ambiente (24 h). Posteriormente se congeló a -4 °C para inducir la sinéresis. El líquido exudado se separó por filtración al vacío, y el sólido remanente se sometió a 6 ciclos repetidos de congelación (12 h), descongelación (2 h) y filtración hasta obtener peso constante. El sólido final se llevó a la estufa a 30 °C por 6 horas, se molió y se tamizó (malla 100); de igual forma se hizo para todos los almidones pretratados.GelatinizaciónUna suspensión de almidón nativo al 10% fue calentado a 63 °C durante 1 h, según el procedimiento seguido por Kimura y cols. (8). Esta es la temperatura mínima a la cual ocurre la gelatinización del almidón de yuca (13). Después del tratamiento térmico, el almidón

fue esparcido sobre una lámina de vidrio y puesto a 30 °C durante 6 horas.Secado por rodillosSe suspendieron en agua 150 g de almidón en proporción 1:4. Posteriormente se pasó la muestra a través de un deshidratador por rodillos Reeves Motodrive (Reliance-Electric Company) a temperatura de 100 °C y 3 rpm.ExtrusiónLa extrusión del almidón de yuca se hizo utilizando un equipo Ratiotrot Brostor Gear Division (DEMACO 1255.74). El proceso se realizó en las siguientes condiciones: 20% de humedad, temperatura de 100-107 °C, velocidad del tornillo a 38 rpm, presión de 40 libras y boquilla de salida de 3mm de diámetro.Hidrólisis enzimática con a-amilasaLa actividad de la a-amilasa se ensayó por el método de Somogyi-Nelson, midiendo la cantidad de azúcares reductores producidos (14). Se utilizó glucosa como estándar.Una unidad de actividad enzimática (U) se definió como la cantidad de enzima que libera 1µg de azúcares reductores por minuto a 37 °C a pH 7,0.La hidrólisis enzimática de las muestras de almidón nativo y de los almidones modificados se hizo utilizando una suspensión de a-amilasa porcina pancreática que contenía 2,9 mM de cloruro de sodio y 3 mM de cloruro de calcio. La concentración de la enzima fue 1 mg/ml con una actividad de 4 U.Una solución de 50 ml que contenía 15 mg/ml de almidón nativo o modificado, 25 ml de agua, 24,9 ml de buffer de fosfatos 0,5 M pH 7,0 y 100,µl de enzima, se incubó a 37 °C con agitación constante. Se tomaron alícuotas de 2,0 ml cada 10 min hasta completar 3 h. Todas las muestras de almidón se trabajaron por triplicado.El porcentaje de hidrólisis se calculó tomando como referencia la hidrólisis ácida, ya que ésta causa hidrólisis completa del almidón.Difracción de rayos XLos patrones de difracción de rayos X del almidón nativo y de los almidones modificados físicamente se obtuvieron con un difractómetro de rayos X (Philips, X'pert, PANalytical) operado a 45 kV y 40 mA, con ángulo de reflexión (26) entre 4° y 45°, usando una velocidad de barrido de 0,05° por segundo.Microscopía electrónica de barrido (MEB)La superficie del almidón nativo y de los almidones modificados, antes y después de la hidrólisis enzimática, se estudió por

microscopía electrónica de barrido (MEB). Las muestras de almidón fueron recubiertas con una capa de aproximadamente 10 nm de oro-paladio en proporción 20:80, examinadas y fotografiadas en un microscopio electrónico de barrido FEI QUANTA 200 a un potencial de aceleración de 30 kV en alto vacío.Microscopía de luz normal y polarizadaEl almidón de yuca nativo y los almidones modificados se observaron sobre luz normal y polarizada (aumento 200X), utilizando un microscopio Olimpus BX51 acoplado a un equipo de polarización.La hidrólisis ácida se realizó tratando una suspensión de almidón al 1% con 2,5 M de HCl en un baño de agua a ebullición durante 1 h. La concentración de azúcares reductores se determinó por el método de Somogyi-Nelson (14).El porcentaje de hidrólisis se definió como:

Cromatografía de permeación en gelLa cromatografía se realizó de acuerdo con el método de Siljestróm y cols. (15), usando Sepharosa CL 6B (Pharmacia Ltd) como gel de filtración, con un rango de fraccionamiento de 10x103 - 4 x 106.Enesteproce-dimiento una muestra de 0,025 g de almi dón fue solubilizada en 5 ml de DMSO al 90% y 80 °C. Se aplicaron 2,5 ml en una columna de 2,5 x 27 cm y se eluyó con KOH 0,1 M. Se recolectaron fracciones de 3 ml cada 5 min y se determinó el contenido de carbohidratos totales por el método de fenol-ácido sulfúrico (16).Análisis estadísticoTodas las determinaciones son el promedio de tres medidas. Se realizó el análisis de varianza (ANOVA), y para determinar las diferencias significativas entre los tratamientosseaplicólapruebaLSD (p <0,05), usando el programa Stat Graphics Plus 5.1. Las diferencias significativas son reportadas con un intervalo de confianza del 95%.RESULTADOS Y DISCUSIÓNHidrólisis enzimática del almidónLos resultados de la hidrólisis enzimática para algunos tiempos de reacción de los almidones se muestran en laTabla 1 y la totalidad de los datos se incluyen en la Figura 1.

El porcentaje de hidrólisis del almidón nativo presenta un aumento gradual con el tiempo (Figura 1), hasta llegar a un valor de 55,8% a los 170 minutos. Los almidones modificados muestran un rápido incremento hasta los 50-60 minutos, después de lo cual disminuye la pendiente y se llega a un valor límite de conversión que está en el rango de 79,1 a 90,5% según el pretratamiento.Comportamientos similares han sido encontrados en la hidrólisis enzimática de almidones de maíz y papa modificados por ciclos de calentamiento/enfriamiento (17).

Aunque en el gránulo de almidón nativo se encuentran poros y algunas fisuras en la superficie que permiten el paso de agua y moléculas grandes hacia el interior, como se ha demostrado por estudios realizados por MFA (Microscopía de Fuerza Atómica) y MEB (18), el acceso de la enzima es restringido y, por tanto, los pasos de adsorción y catálisis durante la reacción enzimática son lentos.En los primeros minutos, la hidrólisis del almidón nativo corresponde principalmente a la degradación de las regiones amorfas seguido por regiones cristalinas. Esto se ha confirmado mediante estudios comparativos entre hidrólisis ácida y enzimática en almidones de tubérculos (13). Además, las interacciones entre los polímeros constituyentes del almidón tanto en la región cristalina como amorfa reducen el acceso de la a-amilasa a los enlaces glicosídicos.Para discutir el efecto de los pretratamientos sobre el almidón hay que tener en cuenta que al someter los gránulos a calentamiento en presencia de agua en un rango característico de temperatura, sufren una transición de orden-desorden llamado gelatinización (2, 4, 17, 19). A medida que la temperatura aumenta, la difusión de agua dentro del gránulo es mayor, se produce una hidratación progresiva o hinchamiento, y la amilosa, comportándose como un disolvente de la amilopectina, empieza a lixiviar. El proceso de gelatinización conlleva a la pérdida de la birrefringencia y de la cristalini-dad, debido a la disociación de las hélices dobles formadas por la amilopectina y la amilosa. La mayor susceptibilidad al ataque enzimático en los almidones modificados en comparación con el almidón nativo se explica por la ruptura de los gránulos causada por los diversos pretratamientos.Se ha encontrado que los almidones de ñame, papa y yuca modificados físicamente por calor húmedo son más fácilmente hidrolizados por a-amilasa que los almidones nativos, y además que la gelatinización del almidón de papa y arroz incrementa la susceptibilidad a las enzimas amilolíticas (8, 13, 20, 21).Durante el curso de la reacción enzimática se observan diferencias significativas en el porcentaje de conversión en azúcares reductores entre los almidones pretratados y el almidón nativo (Tabla 1).Ya que los resultados de los diferentes pretratamientos son similares, al no haber diferencias significativas, la aplicación de alguno de ellos a nivel industrial dependerá de la facilidad operativa e instrumental para realizarlo. En tal sentido, la gelatinización sería el más apropiado.Difracción de rayos XLa difracción de rayos X se ha utilizado para revelar la presencia y las características de la estructura cristalina de los gránulos de almidón,

los cuales muestran patrones de difracción A, B y C dependiendo del origen botánico (19). Las dobles hélices que conforman las entidades cristalinas son esencialmente idénticas; sin embargo, el empaquetamiento en el patrón tipo A es más compacto y con bajo contenido de agua, mientras que el tipo B tiene una estructura más abierta con mayor hidratación. Además de estas características, la longitud de cadena es más corta en el patrón tipo A que en el tipo B. El patrón de difracción tipo C representa una combinación de A y B (13, 22, 23).En la Figura 2a se muestra que el almidón de yuca tiene un patrón de difracción de rayos X tipo A, ya que las señales en 15°, 23°, 17° y 18° (2θ) en el difractograma, concuerdan con el modelo de este tipo de patrón. Los difractogramas de los almidones modificados, Figura 2b, c, d y e, confirman la pérdida de la cristalinidad y la transición a un estado amorfo (13,19).A diferencia de los patrones presentados por la Figura 2 (c, d y e), el difracto-grama 2b, que corresponde al almidón sometido a sinéresis, mostró una intensidad de difracción en 17° y una suave elevación entre 22-25° (recuadro ampliado Figura 2), las cuales son típicas de patrones de difracción tipo B, indicando un estado de cristalinidad mayor después de la sinéresis en comparación con los otros almidones pretratados. De acuerdo con la literatura, en la sinéresis se genera almidón resistente en el cual las cadenas de amilosa se unen mediante puentes de hidrógeno (22). Dicho almidón resistente sería el responsable del patrón de difracción tipo B. Este mismo patrón de difracción se ha observado en almidones de papa, yuca, maíz y trigo tratados por sinéresis (6).

Las bajas temperaturas a las que se sometió el gel en las etapas de congelación-descongelación durante la sinéresis aumentaron la retrogradación, ya que estas condiciones de almacenamiento incrementan la velocidad de nucleación. Posteriormente el aumento de temperatura a 30 °C favoreció la velocidad de propagación de los cristales que se habían comenzado a formar anteriormente (7).Los anteriores argumentos permiten interpretar que en los demás pretratamientos (gelatinización, extrusión y secado), el grado de retrogradación fue menor, y por tanto los polímeros constituyentes del almidón adoptaron una estructura diferente al estado inicial, originando un material amorfo.Se han observado patrones amorfos en muestras de almidón de banano y yuca extruidas (10, 24).Las morfologías del almidón nativo, de los almidones modificados y sus hidrolizados se presentan en las Figuras 3-7. El gránulo de almidón de yuca nativo muestra forma esférica con un diámetro que se encuentra en un rango de 15-25 µm. En la Figura 3a aparecen granulos simples y aglomerados.

Los cuatro pretratamientos realizados al almidón de yuca alteraron la apariencia y estructura del granulo nativo (Figuras 4a, 5a, 6a y 7a); se presentan partículas de formas irregulares con superficies fragmentadas y rugosas.En los almidones pretratados hubo incremento en el área superficial y, por tanto, mayor disponibilidad a la acción de la a-amilasa. Lo anterior concuerda con los datos cuantitativos obtenidos en el porcentaje de hidrólisis, que indican un mayor ataque de la a-amilasa en comparación con el almidón nativo.Microscopía de luz polarizadaEn la microscopía de luz polarizada del almidón nativo se observa la cruz de malta, que es una característica debida a la birrefringencia del almidón (Figura 8). Para los almidones pretratados la cruz desaparece (imágenes no mostradas), y por consiguiente se confirma que hubo pérdida de birrefringencia causada por la gelatinización. Generalmente, en almidones sometidos a tratamientos térmicos, se presentan resultados similares (5, 25). Adicionalmente la desaparición del patrón de rayos X tipo A (Figura 2) o el descenso en la entalpia de

gelatinización (26) se consideran criterios que, en conjunto o individualmente, corroboran la pérdida de la estructura cristalina.

Cromatografía de permeación en gelLa cromatografía de exclusión o permeación en gel es un método que se utiliza para estudiar la distribución por tamaño de los polímeros, amilosay amilopectina, constituyentes del almidón.Los perfiles de elusión de la Figura 9 reflejan diferencias producidas por la acción de los tratamientos térmicos.

En el almidón de yuca nativo se observan dos picos marcados como I y II, que corresponden a fracciones de almidón de diferente tamaño. Este perfil de elusión es similar a otros reportados utilizando sepharosa 2B para almidones de fríjol, alverja, garbanzoy trigo (15,27). Teniendo en cuenta que tanto el tamaño de la amilopectina como su contenido dentro del grá-nulo de almidón de yuca es significativamente mayor, en comparación con la amilosa, se puede

sugerir que la primera región del cromatograma del almidón nativo corresponde a la amilopectina (pico I) seguido por la amilosa (pico II).Los perfiles de elusión de los almidones sometidos a los pretratamientos corrobo ran que hubo un efecto sobre el granulo de almidón y en el tamaño de los polímeros que lo constituyen. Se observa un aumento en la fracción de menor tamaño (pico II) y la consecuente disminución de la fracción de mayor dimensión (pico I), que es la que más contribuye a la cristalinidad en el gránulo de almidón de yuca nativo.CONCLUSIONESLos pretratamientos realizados al almidón de yuca (variedad MTAI8) afectaron la estructura del gránulo debido a la gelatinización, como se corrobora en la difracción de rayos X y en la microscopía de luz polarizada. Además, como resultado de los pretratamientos hubo formación de fragmentos de bajo peso molecular y formación de partículas irregulares con alta porosidad lo que permitió mayor acceso a la enzima.Los almidones modificados mostraron mayor susceptibilidad al ataque enzimático por a-amilasa en comparación con el almidón nativo, pero no se observaron diferencias estadísticamente significativas en cuanto al grado de hidrólisis de los almidones pretratados por gelatinización, sinéresis, extrusión y secado por rodillos.