FACTORES QUE AFECTAN LA GELATINIZACIÓN Y GELIFICACIÓN DEL ALMIDON DE Maranta arandinacea

Laura María Ibarra Ladino*, Eliana Marítza Tulcán Mejía, Gilberto Alarcón García

Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Facultad de Ciencias Básicas, Escuela de Ciencias Químicas, Programa Química de Alimentos.

RESUMENEl poder gelatinizante y gelificante del almidón de Maranta arundanacea es poco conocido. Para evaluar las propiedades de gelitinización, extensibilidad, gelificación y pH, se empleó una formulación base de almidón en agua en pro-porción 1:14 (sistema disperso); se sometió a cocción dicha formulación to-mándose como dispersión patrón. Con el fin de apreciar los efectos de gelati-nización-gelificación, se empleó esta misma formulación agregando limón, y en otra sacarosa. En cada caso se midió pH inicial y temperatura cada cinco minutos hasta punto de ebullición. Se empleó también, una formulación de igual proporción de avena en agua para evaluar su comportamiento respecto la temperatura. Se observó que durante el calentamiento las dispersiones au-mentaron su viscosidad, mostrando un comportamiento lineal entre tempera-tura y viscosidad. Del mismo modo, la extensibilidad de las dispersiones fue mayor una vez gelatinizadas, cerca de 60ºC. La formulación base presento una extensibilidad de 8.5 cm, la formulación con limón 5.5 cm y la formulación con sacarosa 9.15 cm, de lo que se deduce que el ácido del limón reduce el grosor de la pasta de almidón caliente y la firmeza de la pasta fría por la fragmenta-ción de los gránulos hidratados, contrario a la sacarosa que se espesa con el almidón. La avena por tratarse de un cereal, contiene gránulos de almidón en su estructura, se evaluó su poder gelatinizante y gelificante mediante la prue-ba de extensibilidad y se realizó una comparación entre ambos almidones em-pleados, y se concluyó que el almidón de Maranta arundanacea presenta una mayor viscosidad que la avena.

Palabras Clave: Gelatinización, gelificación, almidón, Maranta arundanacea, viscosidad, temperatura, pH.

ABSTRACTThe power of gelatinization and gelificante of the starch of Maranta arundanacea it is little an acquaintance. To evaluate the properties of gelatinization, extensibility, gelification and pH, a formulation was used base of starch on water on proportion 1:14 (dispersed system); the above mentioned formulation surrendered to boiling taking as a dispersion boss. In order to estimate the effects of gelatinización-gelificación, the same formulation was used adding lemon, and in another saccharose. In every case temperature and pH initial was measured every five minutes up to boiling-point. It used also, a formulation of equal proportion of oats in water to evaluate its behaviors I concern the temperature. Was observed that during

* Correspondencia autor: lauribarra-24@hotmail.com

the warming the dispersions increased its viscosity, showing a linear behavior between temperature and viscosity. In the same way, the extensibility of the dispersions was major once gelatinized, near 60ºC. The formulation bases I present an extensibility of 8.5 cm, the formulation with lemon 5.5 cm and the formulation with saccharose 9.15 cm, of what there is deduced that the acid of the lemon reduces the thickness of the pasta of warm starch and the firmness of the cold pasta for the fragmentation of the hydrated granules, contradict to the saccharose that thickens with the starch. The oats for treating itself about a cereal, contain granules of starch in its structure, its power was evaluated of gelatinization and gelificante by means of the test of extensibility and a comparison was realized between both used starches, and one concluded that the starch of Maranta arundanacea presents a major viscosity that the oats.

Keywords: Gelatinization, gelification, starch, Maranta arundanacea, viscosity, temperature, pH.

1. INTRODUCCIÓNEl almidón es una materia prima con un amplio campo de aplicacio-nes que van desde la impartición de textura y consistencia en alimentos hasta la manufactura de papel, adhesivos y empaques biodegrada-bles. Debido a que el almidón es el polisacárido más utilizado como in-grediente funcional (espesante, es-tabilizante y gelificante) en la in-dustria alimentaria, actualmente se están buscando nuevas fuentes de extracción; una de ellas la constitu-ye el almidón de sagú. 5

Estructuralmente, el almidón con-siste de dos polisacáridos química-mente distinguibles: la amilosa y la amilopectina. La amilosa es un polí-mero lineal de unidades de glucosa unidas por enlaces α (1-4), en el cual algunos enlaces α (1-6) pueden estar presentes. Mientras que la amilopectina es un polímero ramifi-cado de unidades de glucosa unidas en un 94-96% por enlaces α (1-4) y en un 4-6% con uniones α (1-6). 5

Maranta arundanacea, comúnmente conocida como sagú, corresponde a una planta herbácea que presenta rizomas o tallos subterráneos de los cuales se extrae almidón. El poder

gelatinizante y gelificante de éste no es muy conocido. Los almidones nativos de las diferentes especies de vegetales como el sagú, tienen como característica fundamental que sus propiedades fisicoquímicas y funcionales estarán influenciadas por sus estructuras granular y mo-lecular. Las propiedades más im-portantes a considerar para deter-minar la utilización del almidón en la elaboración de alimentos y otras aplicaciones industriales incluyen las fisicoquímicas: gelatinización y retrogradación; y las funcionales: solubilidad, hinchamiento, absor-ción de agua, sinéresis y comporta-miento reológico de sus pastas y ge-les. [5]

Los granos de almidón pueden ser inducidos a hincharse enormemente calentándolos en mucho agua. Este empastamiento, comúnmente referido como gelatinización, es irreversible, este proceso consiste en las modificaciones que se producen cuando los gránulos de almidón son tratados por calor en agua.6 La gelificación por su parte es el proceso que se lleva a cabo para formar un gel, el cual no se produce hasta que se enfría la pasta

de almidón, es decir, la gelatinización precede a la gelificación. (Guía de laboratorio). Estos procesos también se ven afectados en cuanto a factores como el tipo de almidón y su concentración de amilosa y amilopectina, el grado de calentamiento, la concentración de azúcares y la presencia de ácidos. Se pretendió evaluar la influencia de estos factores en una muestra de almidón de sagú (Maranta arundanacea), determinado en cada prueba la influencia de la temperatura sobre el pH y así mismo sobre su extensibilidad; se determinó su diferencia con respecto a otros almidones comúnmente usados; se evaluó también las características del almidón de avena y se realizó una comparación con el almidón de sagú.El objetivo de este análisis, es evaluar y comparar el poder de gelatinización y gelificación del almidón de Maranta arundanacea y de la avena, así como conocer y describir los procesos y cambios que ocurren en la solubilización y los factores que afectan dicho proceso.

2. MATERIALES Y MÉTODOS

2.1.Materia prima y equipoSe evaluó una muestra de almidón de Sagú de Santa Sofía (Boyacá). Limón Taití, azúcar y avena comercial. Los vasos de precipitado, el termómetro escala 100°C, la manta de calentamiento y el pHmetro fueron proporcionados por el laboratorio de la UPTC.

2.2.Formulación baseEn un vaso de precipitado se calentó a fuego medio 16 g de

almidón de sagú con 236 mL de agua hasta punto de ebullición y se realizó prueba de extensibilidad. Se midió pH y temperatura cada 5 min.

2.3.Efecto del pHSe preparó una mezcla de formulación base a la cual se le agregó 20 mL de zumo de limón. Se calentó a fuego medio hasta punto de ebullición y se realizó prueba de extensibilidad. Se midió pH y temperatura cada 5 min.

2.4.Efecto de la sacarosaSe preparó una mezcla de formulación base a la cual se le agregó 25 g de sacarosa. Se calentó a fuego medio hasta punto de ebullición y se realizó prueba de extensibilidad. Se midió pH y temperatura cada 5 min.

2.5.Efecto de la temperaturaSe preparó una formulación base empleando avena en lugar de almidón y se sometió a calentamiento a fuego lento y se midió pH y temperatura cada 5 min. Se realizó prueba de extensibilidad de la dispersión cuando se alcanzaron temperaturas de 60ºC, 70ºC, 80ºC y 90ºC.

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1.Formulación base: efecto de la temperatura

Al mezclar agua con el almidón de Sagú a temperatura ambiente, no se observó una aparente solubiliza-ción, pero al aumentar la tempera-tura los gránulos de almidón se hi-drataron con el agua presente en el medio. La dispersión comenzó a ge-latinizar a partir de 50°C y su tem-peratura de ebullición fue de 68°C. El efecto de gelatinización de una

dispersión se ve afectada por el ta-maño de partícula, para este caso el almidón de Sagú posee gránulos grandes lo que facilita su hincha-miento a temperaturas más bajas en comparación con gránulos más pequeños que requerirían mayores temperaturas. Esto se debe a que la energía cinética de las moléculas de agua incrementa con el calor ha-ciéndose lo suficientemente mayor como para producir la atracción en-tre las moléculas de almidón unidas por puentes de hidrógeno dentro del grano, debido al gran número de grupos hidroxilo presentes. En el punto de gelatinización los gránulos de almidón pierden su birrefringen-cia y cristalinidad, por esta razón dicho proceso es irreversible.

La prueba de extensibilidad dio como resultado promedio 7.1 cm, lo que puede explicar su flexibilidad. Al cabo de 24 h de almacenamiento, se observo la gelificación de la mez-cla, la cual vaciada en una caja de petri, adoptó su forma. La pasta for-mada tuvo un aspecto elástico y al cabo de 72 h se observó una sinére-sis baja.

3.2.Efecto del pH

La adición del ácido del limón a la dispersión aumentó la temperatura de ebullición respecto a la formula-ción base y estableció un efecto más pronunciado en la disminución de la viscosidad y en la rigidez de la pasta refrigerada. Este hecho se puede atribuir al rompimiento de los enlaces α1-4 o α1-6 de la amilo-sa de los gránulos de almidón de Maranta arundanacea, perdiéndose así parte de la extensibilidad y elas-ticidad de la dispersión cuando se aumenta la temperatura y la flexibi-lidad de la pasta una vez gelificada. La temperatura de ebullición de

esta mezcla fue de 70°C y el pH fi-nal 3.00. La prueba de extensibili-dad promedio fue igual a 5.5 cm, menor con respecto a la formula-ción base. Al cabo de 24 h de gelifi-cada la mezcla, se observó que su rigidez fue menor y al cabo de 72 h la sinéresis fue mayor respecto a la formulación base, debido a lo ante-riormente enunciado.

TEMPEARA-TURA (°C)

18.1 40 50 60 70

pH 3.21

3.07

3.03

2.98

3.00

Variación del pH con la temperatura en la mezcla de almidón de Maranta Arundana-

cea con limón.

3.3.Efecto de la sacarosa

Se determinó que la sacarosa aumentó el espesor del almidón de Maranta arundanacea cocido, aumentando por ende su punto de ebullición, pH de la mezcla levemente (76°C, pH 6.64) y la rigidez del producto gelificado. Se puede atribuir este hecho a que el azúcar ayuda a acrecentar la hinchazón de los granos del almidón. Pasadas 24 h se observó una pasta gelificada que tomó la forma de la caja de petri que la contenía, y después de 72 h se mantuvo el gel flexible y con sinéresis baja en comparación a la formulación hecha con zumo de limón, evaluando así la resistencia a la ruptura mecánica, propiedad que se puede atribuir al agregado de azúcar en su formulación. Una prueba de su viscosidad y elasticidad es la extensibilidad de la muestra, la cual fue de 9.2 cm. superior a la extensibilidad de la formulación con zumo de limón. Por esta razón, deducimos que el agregado de azúcar brinda mayor

estabilidad al gel que el agregado de zumo de limón.

3.4.Efecto de la temperatura en la avena

La avena es un alimento que dentro de sus componentes se encuentra el almidón en pequeñas proporciones dentro del grupo de los carbohidratos. Al mezclarse con el agua y someterse a calentamiento, se observa que su punto de ebullición resultó más alto (90°C) que el de la formulación base. Esto es debido a que el tamaño de los gránulos del almidón de avena son menores que los gránulos de Maranta arundanacea, habiendo menor número de grupos hidroxilo disponibles para formar puentes de hidrógeno con el agua del medio, provocando que el hinchamiento sea lento y a temperaturas más elevadas respecto al almidón de Maranta arundanacea. Por otra parte, el pH de la mezcla descendió a medida que la temperatura aumentaba y la prueba de extensibilidad realizada a partir de los 62°C, 70°C, 80°c y 90°C, fue igual a 5.9, 10.7, 9.3 y 8.8 cm, respectivamente. Esta prueba nos da una idea de la elasticidad y viscosidad de la dispersión de avena, que en comparación con el punto de ebullición de la formulación base resultó mayor a 70°C, probablemente debido a demás componentes presentes en la avena.

TEMPERATURA (°C) 62 70 80 90EXTENSIBILIDAD (cm)

5.9 10.6 8.7 9.5-- 10.8 9.9 8.0

PROMEDIO 5.9 10.7 9.3 8.8Variación de la externsibilidad respecto a la temperatura, de la mezcla de agua y avena

4. CONCLUSIONES

La viscosidad de una pasta de almidón cocido caliente y su rigidez está influenciada por un gran número de factores, uno de estos es la relación existente entre el almidón y el líquido de la cual dependen sus propiedades fisicoquímicas y reológicas. Ingredientes agregados como azúcar y zumo de limón a un líquido para espesarse con almidón, pueden afectar el espesor de la dispersión caliente y su rigidez al enfriarse y formar el gel. Se determinó que la proporción empleada en la formulación de Maranta arundanacea fue suficiente para permitir la gelatinización del almidón, mientras que al probar esta proporción en la formulación con avena se requirió más tiempo para lograr su viscosidad obteniéndose mayor sinéresis en el producto enfriado y gelificado. El almidón de Maranta arundanacea y el almidón de la avena variaron en su poder espesante, estableciendo una relación 2:1 en su poder espesante, esto debido a que el tamaño de partícula del primero es mayor que el almidón del segundo.

Por otra parte, ingredientes agregados como sacarosa a un líquido para espesarse con almidón aumenta el espesor, la elasticidad, la viscosidad de la pasta caliente y su rigidez al enfriarse, contrario al agregarse el zumo de limón que disminuye pronunciadamente la viscosidad y la rigidez, puesto que rompe los enlaces de la α-amilosa (considerándose como componente mayoritario en el almidón) de los gránulos de almidón presentes. Esto se corroboró con la prueba de extensibilidad, la cual fue igual a 5.5 cm con limón y 9.2 cm con sacarosa.

REFERENCIAS

1. Charley Helen. Tecnología de alimentos, procesos químicos y físicos en la preparación de ali-mentos. México, D. F. Editorial Limusa S.A.: Grupo Noriega Edi-tores; 2004.

2. Laura Fuertes. Nueva alternati-va de utilización del almidón. Universidad Nacional de Colom-bia. Disponible en: Unimedios en URL: http://historico.cartauniversitaria.unal.edu.co/ediciones/31/13carta.html

3. Cultivos andinos FAO. Capitulo III: Raíces y Tubérculos disponi-ble en: URL: http://www.rlc.fao.org/es/agricultura/produ/cdrom/contenido/libro11/cap3.htm

4. Moreno, Gilberto. Proyecto de producción del cultivo de sagú (canna edulis, familia canná-ceas) en el municipio Jáuregui, estado Táchira. La Grita, (marzo 2006).

5. Hernández Medina Marilyn, To-rruco Juan Gabriel, Guerrero Luis Chel, Betancur Ancona Da-vid. Caracterización fisicoquími-ca de almidones de tubérculos cultivados en Yucatán, México. Ciencia y Tecnología de Alimen-tos, (2007).

6. Prieto, Gloria. Unidad 2. Siste-mas Dispersos. Guía de Labora-torio: Factores que afectan la gelatinización y Gelificación de almidones. 2010.