producciÓn de almidones pregelatinizados a partir de...
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Centro de Desarrollo de Productos Bióticos
PRODUCCIÓN DE ALMIDONES PREGELATINIZADOS A PARTIR DE MEZCLAS DE ALMIDONES DE FUENTES NO CONVENCIONALES USANDO UN EXTRUSOR DE DOBLE
TORNILLO
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN DESARROLLO DE
PRODUCTOS BIÓTICOS
P R E S E N T A:
I. B. Q. NANCY MANRIQUE QUEVEDO
DIRECTOR: DR. LUIS ARTURO BELLO PÉREZ.
Yautepec, Morelos 2006
ESTE TRABAJO FUE REALIZADO EN EL LABORATORIO DE
CONTROL DE CALIDAD DEL DEPARTAMENTO DE DESARROLLO
TECNOLÓGICO DEL CENTRO DE DESARROLLO DE PRODUCTOS
BIÓTICOS Y EL DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE ALIMENTOS
DE LA UNIVERSIDAD DE NOTTINGHAM CAMPUS EN SUTTON
BONINGTON, INGLATERRA, BAJO LA DIRECCIÓN DEL DR. LUIS
ARTURO BELLO PÉREZ.
EL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN SE REALIZÓ GRACIAS AL
APOYO ECONÓMICO OTORGADO POR CONACYT Y POR EL
PROGRAMA INSTITUCIONAL DE FORMACIÓN DE
INVESTIGADORES (PIFI).
En la Ciudad de Y
que suscribe IBQMAESTRÍA EN D
registro B040682,
manifiesta que es a
del Dr. Luís Artu“Producción de almidones de futornillo” al Instituto
de investigación.
Los usuarios de la
datos del trabajo s
puede ser obtenid
Jojutla, Km. 8.5,Morelos, México. usuario deberá dar
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALCOORDINACIÓN GENERAL DE POSGRADO E
INVESTIGACIÓN
CARTA CESIÓN DE DERECHOS
autepec, Morelos el día 01 del mes de Agosto del año 2006, el
. Nancy Manrique Quevedo alumna del Programa de
ESARROLLO DE PRODUCTOS BIÓTICOS con número de
adscrita al Centro de Desarrollo de Productos Bióticos,
utora intelectual del presente trabajo de Tesis bajo la dirección
ro Bello Pérez y cede los derechos del trabajo intitulado
almidones pregelatinizados a partir de mezclas de entes no convencionales usando un extrusor de doble Politécnico Nacional para su difusión, con fines académicos y
información no deben reproducir el contenido textual, gráficas o
in el permiso expreso del autor y/o director del trabajo. Este
o escribiendo a la siguiente dirección: Carretera Yautepec- Col. San Isidro, Apartado Postal 24, 62731 Yautepec, Fax: 01 (55) 57296000 ext. 82512. Si el permiso se otorga, el
el agradecimiento correspondiente y citar la fuente del mismo.
Agradecimientos A mi director de tesis el Dr. Luis Arturo Bello Pérez por permitirme ser parte de
su equipo de trabajo y así darme la oportunidad de llevar a cabo la realización de
esta tesis. También le agradezco por brindarme su amistad y sobre todo por
enseñarme que con disciplina uno puede alcanzar lo que se proponga. Muchas
gracias.
A los profesores del Centro de Desarrollo de Productos Bióticos del Instituto
Politécnico Nacional (CeProBi-IPN) especialmente a los que pertenecen al
Departamento de Desarrollo Tecnológico por el apoyo brindado durante mis
estudios de posgrado.
M. en C. Ma. Guadalupe del Carmen Méndez Montealvo, Dra. Rosalía A.
González Soto, M. en C. Francisco Javier García Suárez, Dra. Rosalva Mora Escobedo y el Dr. José J. Berrios; a todos ellos por compartir sus
conocimientos y darme sus opiniones para mejorar este trabajo.
Dr. Imad Farhat, el Dr. Madian Abu-Hardan y el M. en C. George Kaparakis
del Departamento de Ciencias de Alimentos de la Universidad de Nottingham,
Campus en Sutton Bonington, Inglaterra por todo el apoyo técnico brindado;
también agradezco el apoyo y el cariño recibido por la cDra. Angélica Piedad
Sandoval de la Universidad del Valle de Cali, Colombia.
CONACyT y el Programa Institucional de Formación de Investigadores (PIFI) por
el apoyo financiero otorgado para realizar este trabajo de investigación.
Dedicatoria
A mis padres (Josefina y Vicente) por todo su apoyo, cariño, bendiciones y
consejos para ser una persona de bien y así poder alcanzar mis metas y tener
una mejor calidad de vida.
A mis hermanos (Nadia y Jorge) por todo su apoyo, comprensión y ánimo,
esperando que esta meta alcanzada los inspire a superarla.
A mi gordis (Amín Fabián), por todo su amor, entusiasmo, paciencia y confianza
durante todo este tiempo que hemos estado juntos.
A mis amigos del Departamento de Desarrollo Tecnológico: Mis darling´s
(Alejandra y José Brito), Emmanuel Flores, Juan Pablo, Lorenita, Paúl,
Alejandro, Polo, Doña Josefina, Felipe y a mi compadre José Juan; a todos
ellos por inyectarme su entusiasmo para llevar a cabo este proyecto y sobre todo
por permitirme ser su amiga.
A mis amigos de muchos años, que a pesar de la distancia pude ver y sentir sus
muestras de cariño, apoyo y ánimo en esta difícil etapa de mi vida (Gricelda,
Felipe, Marcelo, José Manuel, Juan Torruco, Issis, Maryali, Edna Noemí,
Enrique, José Luís Salgado, Gina, Néstor y José Luís Pastrana).
A mis compañeros de generación por mostrarme su apoyo y compañerismo:
Denisse Ubaldo, Karol Rodríguez, Gabriela Flores, Alicvajan Díaz, Juan José
Francisco y Jorge Martínez.
INDICE PáginaLISTA DE FIGURAS I LISTA DE CUADROS II LISTA DE ABREVIATURAS III RESUMEN V ABSTRACT VI I. Introducción 1 II. Antecedentes 3 2.1. El almidón 3 2.1.1. Generalidades 3 2.1.2. Estructura del almidón 6 2.1.3. Estructura del gránulo de almidón 7 2.2. Cambios en el almidón producidos por tratamientos hidrotérmicos.
11
2.2.1. Gelatinización 11 2.2.2. Retrogradación 12 2.3. Fuentes del almidón 14 2.3.1. Generalidades 14 2.3.2. Fuentes no convencionales 14 2.3.2.1. El mango 14 2.3.2.1.1. Origen 14 2.3.2.1.2. Producción e importancia económica 15 2.3.2.1.3. Clasificación y descripción botánica 16 2.3.2.1.4. Composición química 16 2.3.3. El plátano 17 2.3.3.1. Origen 17 2.3.3.2. Producción e importancia económica 17 2.3.3.3. Clasificación y descripción botánica 17 2.3.3.4. Composición química 19 2.4. Usos del almidón 19 2.5. Modificación del almidón 20 2.5.1. Tipos de modificación 20 2.6. Almidones pregelatinizados 21 2.6.1. Generalidades 21 2.6.2. Producción por diversos métodos 21 2.6.2.1. Extrusión 22 2.6.2.2. Clasificación de extrusores 23 2.6.2.2.1. Por el número de tornillos 23 2.6.2.2.2. Por la intensidad de cizalla 24 2.6.2.2.3. Por la generación de energía térmica 25 2.6.2.3. Proceso fundamental de la extrusión 25
2.6.2.4. La estructura interna de los almidones y su relación con la extrusión.
26
2.6.2.5. Almidón resistente 29 2.6.3. Aplicaciones de almidones pregelatinizados. 31 III. Justificación 32 IV. Objetivos 33 V. Estrategia experimental 34 VI. Materiales y Métodos 35 6.1. Materiales 35 6.1.1. Materia Prima 35 6.1.2. Reactivos 35 6.2. Métodos 36 6.2.1. Aislamiento del almidón 36 6.2.2. Preparación de las muestras extrudidas 37 6.2.3. Características estructurales de los extrudidos 37 6.2.3.1. Difracción de rayos X 37 6.2.3.2. Espectroscopia de infrarrojo 38 6.2.4. Propiedades funcionales 38
6.2.4.1. Índice de absorción de agua e índice de solubilidad en agua
38
6.2.4.2. Grado de gelatinización 39 6.2.4.3. Determinación de color. 39 6.2.5. Determinación del contenido de almidón resistente 41 6.2.6. Análisis estadístico 42 VII. Resultados y discusión 44 7.1. Aislamiento del almidón 43 7.2. Determinación de color 43 7.3. Grado de Gelatinización 47 7.4. Características estructurales de los extrudidos 49 7.4.1. Difracción de rayos X 49 7.4.2. Espectroscopia de infrarrojo 51 7.5. Propiedades funcionales 53
7.5.1. Índice de absorción de agua e índice de solubilidad en agua
53
7.6. Almidón resistente 57 VIII. Conclusiones 59 IX. Bibliografía 60
I
LISTA DE FIGURAS
No. Página
1 Estructura química de los componentes del almidón. 8
2 Modelo del gránulo de almidón a sus dos estructuras
amorfas y cristalinas.
9
3 Patrones de difracción de rayos X de almidones tipo –A,-B,-
C y –V.
10
4 Mecanismo de la gelatinización del almidón. 13
5 Cambios del gránulo de almidón por la fuerza de cizalla
ejercida dentro del extrusor.
28
6 Diagrama de flujo para la producción de almidones
pregelatinizados a partir de fuentes no convencionales y su
caracterización parcial.
34
7 Imágenes de los almidones pregelatinizados de los
controles de: a) almidón de mango y b) almidón de plátano
a las dos velocidades de tornillo estudiadas.
46
8 Difractogramas de rayos X de los almidones nativos y de la
mezcla de los almidones pregelatinizados.
50
II
LISTA DE CUADROS
No. Página
1 Características morfológicas y contenido de amilosa de los
gránulos de almidón
4
2 Composición química de los gránulos de almidón 5
3 Principales países productores de cultivo de mango a nivel
mundial
15
4 Componentes del color en las mezclas de almidones
pregelatinizados a la velocidad de tornillo de 200 rpm
44
5 Componentes del color en las mezclas de almidones
pregelatinizados a la velocidad de tornillo de 250 rpm
45
6 Grado de gelatinización (GG) en la mezclas de almidones
pregelatinizados a dos velocidades de tornillo.
48
7 Relación de las absorbancias (1045/1022) de la mezcla de
almidones pregelatinizados estudiadas por espectroscopia
de infrarrojo.
52
8 Índice de absorción de agua (IAA) en la mezclas de
almidones pregelatinizados a dos velocidades de tornillo.
55
9 Índice de solubilidad en agua (ISA) en la mezclas de
almidones pregelatinizados a dos velocidades de tornillo.
56
10 Contenido de almidón resistente (AR) en las mezclas de
almidones pregelatinizados a 2 velocidades de tornillo.
58
III
LISTA DE ABREVIATURAS
Anotación Significado % Por ciento
µL Micro litro
Å Amstrom
AR Almidón resistente
CDB Calorimetría diferencial de barrido
cm centímetro
Da Dalton
g Gramo
TM Toneladas Métricas
GG Grado de gelatinización
gn Gravedad
GP Grado de polimerización
h Hora
HCl Ácido clorhídrico
IAA Índice de absorción de agua
ID Intestino delgado
IG Intestino grueso
ISA Índice de solubilidad de agua
KCl-HCl Cloruro de potasio-ácido clorhídrico
kg Kilogramo
KOH Hidróxido de potasio
kV Kilovolt
L litro
L/D Longitud/diámetro
m metro
M Molaridad
mA Miliamper
mg Miligramos
IV
min Minutos
mL Mililitro
mM Milimolar
nm nanómetro
ºC Grados centígrados
pH Potencial de hidrógeno
rpm Revoluciones por minuto
S segundos
UK Reino Unido
US Unidades sag
USA Estados Unidos Americanos
V
RESUMEN
El almidón nativo puede modificarse por medios físicos para producir
almidón pregelatinizado. Estos almidones modificados a nivel industrial son
llamados pregeles o almidones instantáneos. Actualmente, éstos son muy usados
en las diferentes industrias por las propiedades que pueden proveer a productos
alimenticios y farmacéuticos, mejorando las características de viscosidad y textura
que imparten los almidones nativos. El objetivo de este estudio fue obtener
almidones pregelatinizados (AP) a partir de mezclas de almidones de mango y
plátano usando un extrusor de doble tornillo. Como variables independientes se
estudiaron la proporción de los almidones en la mezcla y la velocidad del tornillo,
sobre las características moleculares evaluadas mediante difracción de rayos X y
espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier; se determinaron el
grado de gelatinización, el índice de absorción en agua (IAA) e índice de
solubilidad en agua (ISA), el color en las muestras extrudidas, así como en el
contenido de almidón resistente (AR). Los almidones nativos de mango y plátano
presentaron un patrón de difracción de rayos X tipo A y C respectivamente, ésta
cristalinidad se perdió cuando se sometieron al proceso de extrusión, estos
resultados se corroboraron con el estudio de espectroscopía de infrarrojo, ya que
la relación de absorbancias en los AP fue <1. El IAA y el ISA aumentaron a
medida que la velocidad del tornillo y el porcentaje de almidón de mango en la
mezcla incrementaron. Con respecto a la determinación del color, se obtuvieron
los valores más altos de L* a medida que incrementó el porcentaje de almidón de
mango en la mezcla de los almidones de fuentes no convencionales. Se obtuvo
una gelatinización casi completa en todas las muestras extrudidas. El contenido
de AR incrementó a medida que aumentó el contenido de almidón de plátano. Se
obtuvieron AP con propiedades funcionales y un contenido de AR que pueden
sugerir aplicaciones en la industria de alimentos como un ingrediente
nutraceútico.
VI
ABSTRACT
The native starch can modify for physical treatments to produce
pregelatinized starch. At industrial level those modified starches are called pregels
or instantaneous starches. Pregels are very used in diverse industries by the
properties that can provide to foods and pharmaceutical products, improving the
characteristics of viscosity and texture that impart the native starches. The
objective of this study was obtained pregelatinized starches by blending mango
and banana starches in a twin-screw extruder. The amount of both starches in the
blend and the screw speed were the independent variables. Molecular
characteristics of pregelatinized starches were assessed by X-ray diffraction and
Fourier transform infrared spectroscopy. Additionally, the gelatinized degree, water
absorption index (WAI), water solubility index (WSI), the color and resistant starch
(RS) content were tested. Native mango and banana starches showed an A- and
C- type X-ray diffraction pattern, respectively, and the crystallinity was lost in the
extrusion process, pattern that agree with the infrared spectroscopy results, since
the absorbance ratio in the pregelatinized starches was < 1. The WAI and WSI
increased when screw speed and mango starch level in the blend increased too.
With regard to the determination of the color, the highest values in L* were
obtained when increased the percentage of mango starch in the mixture. The
extrudates samples had a complete starch gelatinization. RS content increased
when banana starch in the blend was higher. The functional properties and RS
content of pregelatinized starches suggest some industrial food applications as
nutraceutical ingredient.
1
I. INTRODUCCIÓN
Durante los últimos años se ha visto que la producción del almidón a nivel
mundial no es suficiente para satisfacer las demandas que existe por las
diferentes industrias que emplean el almidón como materia prima, es por ello que
en la actualidad se están estudiando frutos en estado inmaduro para la obtención
del almidón como es el caso del mango (Mangifera indica L) y plátano (Musa
Paradisiaca L). Por otro lado, en la actualidad se están estudiado nuevas
estrategias para mejorar las propiedades funcionales de los almidones. Una de
las estrategias bajo estudio, es el efecto sinergístico de la mezcla de almidones
nativos que puedan tener sobre las propiedades funcionales de los mismos. Otra
estrategia bajo estudio, para mejorar las propiedades de los almidones es la
modificación del almidón. Dentro de ellas, las modificaciones físicas han cobrado
gran importancia en la producción de almidones pregelatinizados ya que estos
son solubles en agua fría y mejoran las características de viscosidad y de textura,
similar a los que imparten los almidones nativos. Los almidones pregelatinizados
se usan como aditivos estabilizantes, retenedores de humedad y espesantes. Por
estas características específicas, los almidones pregelatinizados son ampliamente
usados en la industria farmacéutica y alimentaria. Algunos métodos para llevar a
cabo la gelatinización del almidón son los de secado por tambor, autoclave,
calentamiento óhmico y calentamiento por microondas (Martínez-Bustos y El-
Dash, 1993; Gaytán et al., 2000; González-Parada y Pérez-Sira, 2003 y Martínez-
Bustos et al., 2005). Sin embargo los métodos tienen ciertas desventajas como
son el consumo alto de energía y algunos de ellos son procesos intermitentes
haciendo que su costo de operación sea elevado.
Es por ello que en este estudio se propone en este estudio el proceso de
extrusión como una alternativa para llevar a cabo la preparación de los almidones
pregelatinizados a partir de mezcla de almidones nativos de fuentes no
convencionales como el mango y el plátano.
La extrusión es un proceso térmico-mecánico en el cual se someten
materiales como es el caso del almidón, a diferentes condiciones de temperatura,
presión y esfuerzo de corte; dichas condiciones llevan a cabo algunos fenómenos
en el almidón como son la pérdida de cristalinidad y la gelatinización.
2
A la extrusión en la actualidad se le considera como un biorreactor de alta
temperatura y corto tiempo de residencia, lo cual es conocido por sus siglas en
inglés como HTST. (Pólit-Corral, 1996). El proceso de extrusión es muy versátil
debido a que en el extrusor pueden llevarse a cabo en forma continua los
procesos de mezclado y homogenización, expansión y texturización,
deshidratación y formado de los materiales extrudidos. Además el proceso de
extrusión tiene una alta capacidad de procesado con eficiencia energética,
procesar materiales relativamente deshidratados ó viscosos y puede mejorar las
características de sabor y textura en los alimentos (Harper, 1998).
3
II. ANTECEDENTES 2.1. EL ALMIDÓN 2.1.1. Generalidades
El almidón es la principal fuente de carbohidratos en la dieta humana.
Además, el almidón es un ingrediente versátil en los alimentos y es ampliamente
usado en la elaboración de ellos y en otras aplicaciones industriales (Karam et al.,
2005). El almidón representa una fracción importante en un gran número de
productos agrícolas como son : cereales (maíz, trigo, arroz), en los cuales se ha
reportado un contenido de almidón del 30 al 80%; las leguminosas (fríjol,
chícharo, haba), con un contenido entre 25 a 50%; los tubérculos (papa y yuca)
con un 60 a 90%; algunas frutas (mango y plátano) que en su estado verde o
inmaduro alcanzan contenidos de almidón de hasta del 70% en base seca (Bello-
Pérez y Paredes-López, 1999).
El almidón esta constituido por gránulos, cuya morfología (Cuadro 1),
composición química y estructura supermolecular (arreglo relativo de las
moléculas en estado sólido) son características de cada especie. Se sabe que la
variación morfológica y la composición química en los gránulos de almidón
(Cuadro 2), son características importantes que llegan afectar tanto las
propiedades funcionales así como también su susceptibilidad al ataque
enzimático (Guzmán-Maldonado y Paredes-López, 1995).
Por otro lado, Biliaderis (1991) reportó que la estructura del almidón
necesita ser considerada a dos niveles distintos: 1) A nivel molecular, el cual se
refiere a la cantidad, estructura fina, formas de las moléculas y tamaño y 2) A
nivel de la estructura supermolecular del gránulo, que se refiere al arreglo
molecular de los componentes del almidón en estado sólido.
4
Cuadro 1. Características morfológicas y contenido de amilosa de los gránulos de
almidón.
Fuente de almidón
Tamaño
(µm)
Forma
Amilosa
(%)
Maíz
20
Poligonal
25
Maíz ceroso
30
Poligonal
1 - 3
Papa
35
Ovalada
20
Tapioca
18
Truncada, redonda
11
Trigo
25
Ovalada, truncada
27
Arroz
7
Redonda, poligonal
17
Cebada
23
Redonda, elíptica
22
Plátano
10-40
Elíptica
25 - 30
Sorgo
35
Esférica
25
Centeno
28
Redonda o lenticular
27
Avena
7
Poliédrica
23
Mango
5-10
Esférica
25-30
Fuente: Lineback, 1984; Guilbot y Mercier, 1985; Millán-Testa, 2004; Agustiano-Osornio et al;
2005.
5
Cuadro 2. Composición química de los gránulos de almidón.
Almidón
Humedada
(%) Lípidosb
(%) Proteínab,c
(%) Cenizab
(%) Fósforob
(%)
Maíz
13
0.60
0.35
0.10
0.015
Papa
19
0.05
0.06
0.40
0.080
Trigo
14
0.80
0.40
0.15
0.060
Tapioca
13
0.10
0.10
0.20
0.010
Maíz ceroso
13
0.20
0.25
0.07
0.007
Sorgo
13
0.70
0.30
0.08
-
Arroz
-
0.80
0.45
0.50
0.100
Amilomaíz
13
0.40
-
0.20
0.070
Amaranto
6
0.40
0.10
1.40
-
Plátano Macho
12.9
2.20
2.03
1.30
-
Mango
7.71
3.34
0.35
0.61
-
Yuca
9.1
1.20
0.10
0.08
-
a. Base seca
b. N x 2.65
Fuente: Guilbot y Mercier, 1985; Yañez et al., 1986; Paredes-López et al., 1989; Paredes-López et
al., 1990; Pérez-Sira, 1997; Vasanthan y Bhatty, 1998; Bello-Pérez et al., 1999; Agustiano-Osornio
et al., 2005.
6
2.1.2. Estructura del almidón
Las propiedades funcionales del almidón son determinadas por sus dos
componentes que son dos polisacáridos de alto peso molecular: amilosa y
amilopectina.
a) Amilosa La amilosa es generalmente el menor componente presente en el almidón
nativo. En variedades de almidones cerosos, la amilosa se encuentra presente
aproximadamente en un 2%, en el almidón de maíz normal se ha reportado un
27% y los almidones ricos en amilosa contienen de un 50-70% de este
polisacárido (Zobel, 1988b). La amilosa es una molécula predominantemente
lineal formada de unidades de glucosa unidas por enlaces α (1→4) (Figura.1a). Sin embargo se ha reportado en ella la presencia de algunos enlaces ramificados
α (1→6) en algunos almidones (Biliaderis, 1989; Buleon et al., 1998a; Hoover,
2001; Parker y Ring, 2001). La molécula de amilosa toma forma de hélice con 6
moléculas de glucosa por giro. La hélice tiene en su interior hidrógenos, los cuales
le dan una característica hidrofóbica; en su exterior tiene grupos OH, los cuales le
confieren susceptibilidad para formar complejo con el yodo. La interacción entre
los grupos OH el yodo, es responsable de la coloración azul (Stick, 2001). También, se ha reportado que el peso molecular de la amilosa presente en
diferentes fuentes de almidón es aproximadamente de 1 x 105–1 x 10
6 Da, con un
promedio de 500 a 6000 unidades de D-glucosa, repartidas en un número de
cadenas que va de 1 a 20. Cada cadena presenta un grado de polimerización
(GP) promedio de 500; siendo el GP, es el numero de unidades de glucosa que
se encuentran unidas en una cadena) (MacAllister, 1979).
b) Amilopectina La amilopectina es generalmente el mayor componente presente en el
almidón nativo. La amilopectina es un polisacárido altamente ramificado y cuya
molécula está constituida por unidades de D-glucosa unidas por enlaces α (1→4)
y en sus puntos de ramificación por enlaces α (1→6) (Figura. 1b). Zobel (1998b)
reportó que este polisacárido se encuentra en una proporción de 70-80% en el
gránulo de almidón y en almidones tipo ceroso o waxy alcanza niveles de hasta
un 98-99% dependendiendo de la fuente botánica de almidón.
7
La molécula de amilopectina ha sido ampliamente estudiada en términos
de su tamaño molecular, ramificación y longitud de las cadenas internas y
externas (Bello-Pérez et al., 2002).
El peso molecular de la amilopectina varia entre 1 x 106
y 1 x 108
Da, estas
variaciones dependen del origen botánico del almidón, de las condiciones de
separación de la amilosa y la amilopectina y del método usado para determinar la
masa molar (Bello-Pérez et al., 2002).
2.1.3. Estructura del gránulo de almidón Una estructura esquemática del gránulo del almidón se muestra en la figura
2. Los gránulos de almidón consisten de anillos concéntricos donde se encuentran
regiones cristalinas y amorfas. La región cristalina está formada por cadenas de
racimos de la amilopectina mientras que la región amorfa esta formada por puntos
ramificados de la amilopectina y la amilosa (Zobel, 1988b). La región cristalina ha
sido la más estudiada y es consecuentemente la más entendida. La estructura del
gránulo del almidón y el arreglo de sus componentes en diferentes niveles de
organización, permite explicar las propiedades fisicoquímicas y funcionales, así
como la digestibilidad de los diferentes almidones.
La relación entre las estructuras cristalinas y amorfas es un factor muy
importante que determina las propiedades funcionales de los almidones. Estas
estructuras dan como resultados un patrón típico de difracción de rayos X,
dependiendo del tipo de almidón. Se ha demostrado que los almidones de
cereales tienen un patrón de difracción tipo A, este tipo de patrón tiene picos de
mayor intensidad de difracción para los ángulos 2θ= 15 y 23, los tubérculos
presentan un patrón tipo B, el cual tiene picos de mayor intensidad para los
ángulos 2θ= 5.6, 15 y 24, algunos tubérculos y granos un patrón tipo C, que es
una mezcla de los patrones A y B; finalmente los complejos de amilosa-lípidos
presentan un patrón tipo V (Figura. 3). Adicionalmente, se ha reportado un
número variado de patrones de difracción en almidones que han sido sometidos a
una modificación física o química (Zobel, 1964; Zobel, 1988a; Imberty et al.,
1991).
Los gránulos de almidón forman ciertos complejos de inclusión con el iodo,
los cuales presentan una coloración característica que va desde un azul hasta un
púrpura dependiendo de su contenido de amilosa y amilopectina.
8
CH2OH
OHH OO
O
O
OOHHO
OCH2
CH2OH
HO
HO
O
OCH2OH
OHHO O
O
O
OOHHO
O
OCH2
b)
a)
Figura 1. Estructura química de los componentes del almidón. a) Amilosa, formada por unidades de glucosa unidas por enlaces α (1→4).
b) Amilopectina, formada por unidades de glucosa unidas por enlaces α (1→4) y
en sus puntos de ramificación por enlaces α (1→6).
9
Figura 2. Modelo del gránulo de almidón en relación a sus dos estructuras
amorfas y cristalinas.
(a) Estructuras semicristalinas separadas por láminas amorfas.
(b) Visión de la apilación de las estructuras cristalinas y amorfas.
(c) Estructura cristalina formada por dobles hélices de amilopectina mientras
que las estructuras amorfas contienen en sus puntos de ramificación
amilopectina.
Fuente: Donald et al. (1997).
10
Figura 3. Patrones de difracción de rayos-X de almidones tipo –A, -B, –C y -V. Fuente: Zobel, 1988a.
11
2.2. CAMBIOS EN EL ALMIDÓN PRODUCIDOS POR TRATAMIENTOS HIDROTÉRMICOS 2.2.1. Gelatinización
Los gránulos del almidón son insolubles en agua fría, pero se hinchan
cuando se calientan en un medio acuoso. Este hinchamiento inicialmente es
reversible, y su birrefringencia no se pierde; sin embargo, si se sigue calentando
la estructura del gránulo se altera significativamente y el hinchamiento llega a ser
irreversible (Figura 4) (Lai y Kokini, 1991). Este proceso se conoce con el nombre
de gelatinización y la temperatura a la cual ocurre este fenómeno es la
temperatura de gelatinización pierde su birrefringencia (orientación regular de las
regiones amorfas y cristalinas, conocida comúnmente como la cruz de "malta"), la
amilosa se difunde hacia el agua y la amilopectina queda dentro del gránulo. A
este punto del proceso, el gránulo de almidón pierde su estructura y la amilosa
fuera del gránulo forma una malla y produce un gel.
La gelatinización empieza en las regiones amorfas del gránulo que son las
zonas en donde los enlaces son más susceptibles al rompimiento (Bhattacharya y
Hanna, 1987). Cuando la cantidad de agua es limitada, no ocurre una
gelatinización completa en el intervalo usual de temperatura; sin embargo,
conforme la temperatura se incrementa, los gránulos de almidón se vuelven
progresivamente más móviles y eventualmente las regiones cristalinas se funden
(Slade y Levine, 1991). La gelatinización del almidón es un proceso obligado para
que este pueda ser consumido, pues la mayoría de los alimentos mejoran con la
cocción, la cual realza la apariencia, sabor, textura, y digestibilidad de los
alimentos.
El grado de gelatinización de los almidones puede ser evaluado por
diversos métodos. Birch y Priestley (1973), propusieron una técnica cuyo
fundamento se basa en la formación del complejo azul con la adición de yodo,
que reacciona con la amilosa liberada durante la gelatinización. El almidón
gelatinizado se solubiliza en agua más fácilmente y capta mas yodo que los
almidones sin gelatinizar.
12
2.2.2 Retrogradación. La retrogradación es el fenómeno que ocurre cuando la pasta de almidón
gelatinizado se enfría lentamente y las moléculas de amilosa tienen tiempo
suficiente para alinearse, de tal manera que forman varios enlaces de puentes de
hidrógeno entre cadenas paralelas adyacentes (Lineback y Rasper, 1988). Una
vez que ocurre el enfriamiento, la amilosa se recristaliza rápidamente y casi la
mitad se insolubiliza una vez que se alcanza la temperatura ambiente. Por otro
lado, la amilopectina se retrograda de una forma más lenta. A temperatura
ambiente, la vida promedio para el proceso de recristalización es de 2 a 10 días.
Esto quiere decir que se completa en un 50% en dos días y medio, un 75% en 5
días y un 100% en 10 días; apoyando de esta manera, la hipótesis de que el
endurecimiento de los productos que contienen almidón (por ejemplo, pan) se
debe en la mayoría de los casos a la retrogradación de la amilopectina (Rojas y
Treguear, 2003).
La retrogradación del almidón o el endurecimiento de los productos, es más
lento cuando el contenido de humedad es mayor. La retrogradación es un proceso
complejo y depende de muchos factores, como el tipo y concentración de
almidón, regímenes de cocimiento y enfriamiento, pH y la presencia de solutos
como lípidos, sales y azucares. Durante el proceso de retrogradación, también se
manifiesta por la formación de precipitados o geles que afectan la textura,
aceptabilidad y digestibilidad de los alimentos que contienen almidón (Biliaderis,
1991).
La retrogradación consiste de dos procesos: a) La gelificación de las
moléculas de amilosa que son exudadas del gránulo durante la gelatinización y b)
La recristalización de la amilopectina (Biliaderis, 1991).
13
a
b
c
d
Figura 4. Mecanismo de la gelatinización del almidón. a) Gránulos del
almidón nativo con sus dos componentes del almidón la amilosa y amilopectina, b) El agua adicionada penetra en la zona amorfa lo cual con lleva al hinchamiento
de los gránulos de almidón, c) el suministro de calor y humedad causan mas
hinchamiento; la amilosa se difunde fuera del gránulo, d) la amilopectina queda
dentro del gránulo; la amilosa lixiviada forma una matriz lo cual con lleva la
formación de un gel. Fuente: Lai y Kokini (1991).
14
2.3. FUENTES DE ALMIDÓN. 2.3.1. Generalidades.
El almidón es un biopolímero que ha cobrado mucha importancia en
diferentes industrias, ya que este se utiliza en la fabricación de pegamentos,
pinturas, sirve como agente floculante, como material de relleno y en la industria
farmacéutica. La producción mundial del almidón total se estima en 48.5 millones
de toneladas. De esta producción, la mayor parte se extrae principalmente del
maíz (39.4 millones de toneladas) ya que este se utiliza como principal producto
base para la elaboración de productos alimenticios, farmacéuticos, etc. El
segundo almidón utilizado en las diferentes industrias es el de trigo (4.1 millones
de toneladas) seguido del almidón de papa que se llega a producir 2.6 millones de
toneladas de almidón, el resto se llega a obtener de otras fuentes como el arroz,
tapioca, yuca y sorgo (2.5 millones de toneladas de almidón) (Guilbot y Mercier,
1985; Comisión Europea, 2000). Actualmente se ha visto que la producción de
almidón no es suficiente para satisfacer la demanda que existe por las diferentes
industrias es por ello que en la actualidad se estudian frutos en estado inmaduro
para la obtención de almidón por dos razones principales: 1) satisfacer la
demanda de las diferentes industrias, que emplean el almidón como materia
prima y/o ingrediente, y 2) buscar almidones que presenten propiedades
funcionales diferentes o mejores a los almidones convencionales (Bello-Pérez et
al., 1999).
2.3.2. Fuentes no Convencionales. 2.3.2.1. El mango 2.3.2.1.1. Origen
Mangifera indica proviene del latín del nombre malayo del fruto manga, y
el sufijo latino fer que significa producir, refiriéndose a la producción de sus frutos;
indica proviene del latín indicus-a-um procedente de la India.
El cultivo del mango es probablemente un híbrido natural entre M. indica y
M. sylvatica que ocurrió en el noroeste de la India laderas del Himalaya y Sri
Lanka 400 años atrás. Desde épocas remotas el mango se ha distribuido por todo
el suroeste de Asia y Archipiélago Malayo. El mango se cultiva en todos los
trópicos y subtrópicos del mundo.
15
El mango fue introducido en el Continente Americano llegando
primeramente a Brasil en el año de 1700 y tiempo después a Florida y México en
el año de 1800 (Infoagro, 2006).
2.3.2.1.2. Producción e Importancia Económica. El mango, es uno de los frutos más importantes desde el punto de vista
económico debido a su alta producción a nivel mundial. La FAO (2002) reportó 26,
147,900 toneladas métricas (TM) de producción mundial anual de este cultivo.
El cultivo del mango se produce en 90 países de todo el mundo, siendo 10
de ellos los países más importantes en su producción (Cuadro 3). México ocupa a
nivel mundial el cuarto lugar y en Latinoamérica es el principal exportador de este
cultivo (FAO, 2002). Además, tanto en producción y en el área cultivada en
México se tuvo un incremento del 48% en la década pasada.
Cuadro 3. Principales países productores del cultivo de mango a nivel mundial.
Países Producción a nivel mundial (%)
1. India 44
2. China 13
3. Tailandia 6
4. México 5 5. Pakistán 4
6. Filipina 3
7. Indonesia 3
8. Nigeria 3
9. Brasil 2
10. Egipto 1
Fuente: FAO, 2002
16
2.3.2.1.3. Clasificación y descripción botánica. El mango (Mangifera indica L) pertenece a la familia de las
Anacardiaceae. El género Mangifera comprende aproximadamente 50 especies
nativas del suroeste de Asia. Es un árbol siempre verde de copa densa que puede
alcanzar los 20 m de altura, es de tronco grueso y de corteza con látex resinoso.
El mango tiene hojas alternas de lanceoladas a oblongas de 15 a 30 cm de
longitud, de color verde oscuro; sus flores son de color verde amarillento con 4 ó 5
sépalos y pétalos. El fruto del mango es una drupa de forma y dimensiones
variables, aunque por lo general es de forma ovoide con los extremos aplanados
con 4 a 25 cm de longitud y de color verde, verde amarillento o anaranjado en la
madurez incluso con colores morados o rojos en algunas variedades. La pulpa del
fruto es amarilla o anaranjada y jugosa con fibrosidades salvo en las variedades
genéticamente modificadas (Litz., 1997).
Mangifera indica L., variedad Tommy Atkins, es una variedad que se logró
en la década de 1920 en Fort Lauderdale, Estado de Florida. El árbol es de copa
redonda, densa, los frutos son de tamaño medio a grande (400-600g), de cáscara
gruesa y forma oval-oblonga, de semilla pequeña (representa el 7-8 % con
relación a la pulpa). A la madurez adquiere el color rojo y tono púrpura. La pulpa
es firme y jugosa, posee cierta cantidad de fibra y es de buena calidad (Aguirre et
al., 1998).
2.3.2.1.4. Composición química. El fruto del mango es de alta aceptación para el consumo humano. En su
estado de madurez, estado en el cual es usualmente consumida la porción
comestible representa entre 60 y 75% del peso total del fruto. El mango contiene
84% de agua, 15% de azúcares y 0.5% de proteínas. También, es una fuente
excelente de muchas vitaminas, reportándose contenidos de vitamina C hasta de
300 mg por 100 g de pulpa (Singh y Chada., 1961). Los minerales presentes en
mayor proporción en el mango son el magnesio, el calcio, el sodio y el fósforo.
El carbohidrato predominante en el mango verde es el almidón, que en la
fruta madura es reemplazado en gran parte por sacarosa, glucosa, y fructuosa.
Guilbot y Mercier (1985) reportaron un contenido de almidón en el fruto del mango
verde de un 70% en base seca y Agustiano-Osornio et al. (2005) reportaron una
pureza del 90 % en dicho fruto.
17
2.3.3. El plátano. 2.3.3.1. Origen.
El plátano (Musa Paradisíaca L) tuvo su origen en Asia meridional, siendo
conocida en el Mediterráneo desde el año 650. El plátano llegó a Canarias en el
siglo XV y desde allí fue llevado a América en el año 1516. El cultivo comercial del
plátano se inicia en Canarias a finales del siglo XIX y principios del siglo XX.
2.3.3.2. Producción e Importancia Económica. El plátano es el cuarto cultivo más importante del mundo, después del
arroz, el trigo y el maíz. Además de ser considerado un producto básico y de
exportación, el plátano constituye una importante fuente de empleo e ingresos en
numerosos países en desarrollo (Zhang et al., 2005). El plátano es considerado el
principal cultivo de las regiones húmedas y cálidas del sudoeste asiático. La
producción mundial de plátano en el año del 2003 fue estimada en 102 millones
de TM (FAO, 2003). En algunos países como la India, Ecuador, Brasil y China
entre otros, usualmente producen, exportan e importan el plátano. Latinoamérica
y las Islas del Caribe cubren el 80% de las exportaciones de este fruto a nivel
mundial (FAO, 2003). México tiene una producción de plátano anual de 2,
065,945 millones de TM con 73,114 hectáreas cosechadas (FAO, 2003).
Aunque el plátano es uno de los cultivos más importantes en el mundo, los
consumidores del norte lo aprecian sólo como un postre. No obstante, para los
habitantes de más de cien países tropicales y subtropicales, el plátano constituye
una parte esencial de la dieta diaria.
2.3.3.3. Clasificación y descripción botánica. El plátano pertenece a la familia de las Musáceas teniendo dos variedades
principales M. cavendishii (plátanos comestibles cuando están crudos) y M.
paradisíaca (plátanos machos o para cocer). Es una herbácea perenne gigante,
con rizoma corto y tallo aparente, que resulta de la unión de las vainas foliares,
cónico y de 3.5-7.5 m de altura, terminado en una corona de hojas. Las hojas son
grandes y dispuestas en forma de espiral, de 2-4 m de largo y hasta de medio
metro de ancho.
18
De la corona de hojas sale, durante la floración, un escapo pubescente de
5-6 cm de diámetro, terminado por un racimo colgante de 1-2 m de largo. Éste
lleva una veintena de brácteas ovales alargadas, agudas, de color rojo púrpura,
cubiertas de un polvillo blanco harinoso; de las axilas de estas brácteas nacen a
su vez las flores.
El tallo verdadero es un rizoma grande, almidonoso, subterráneo, que está
coronado con yemas; éstas se desarrollan una vez que la planta ha florecido y
fructificado. A medida que cada chupón del rizoma alcanza la madurez, su yema
terminal se convierte en una inflorescencia al ser empujada hacia arriba desde el
interior del suelo por el alargamiento del tallo, hasta que emerge arriba del
pseudotallo.
Sus flores son amarillentas, irregulares y con seis estambres, de los cuales
uno es estéril, reducido a estaminodio petaloideo. El gineceo tiene tres pistilos,
con ovario ínfero. El conjunto de la inflorescencia constituye el “régimen” de la
platanera. Cada grupo de flores reunidas en cada bráctea forma una reunión de
frutos llamada “mano”, que contiene de 3 a 20 frutos. Un régimen no puede llevar
más de 4 manos, excepto en las variedades muy fructíferas, que pueden contar
con 12-14.
El fruto es oblongo; durante el desarrollo del fruto éstos se doblan
geotrópicamente, según el peso de este, hace que el pedúnculo se doble. Esta
reacción determina la forma del racimo. Los plátanos son polimórficos, pudiendo
contener de 5-20 manos, cada una con 2-20 frutos; siendo de color amarillo
verdoso, amarillo, amarillo-rojizo o rojo.
Los plátanos comestibles son de partenocarpia vegetativa, o sea, que
desarrollan una masa de pulpa comestible sin la polinización. Los óvulos se
atrofian pronto, pero pueden reconocerse en la pulpa comestible. La
partenocarpia y la esterilidad son mecanismos diferentes, debido a cambios
genéticos, que cuando menos son parcialmente independientes.
La mayoría de los frutos comestibles de la familia de las Musáceas son estériles,
debido a un complejo de causas, entre otras, a genes específicos de esterilidad
femenina, triploidía y cambios estructurales cromosómicos, en distintos grados
(Infoagro, 2006).
19
2.3.3.4. Composición química. El fruto del plátano en estado inmaduro se ha reportado que contiene 70-
74% de humedad, 1% de proteína, 0-3-0-5% de grasa, 20-30% de carbohidratos
totales, 0.5% de fibra bruta, del 3.5% de fibra dietaria y el 1% de cenizas (Tobin y
Muller, 1988; Chávez et al., 1992). Cabe destacar que el polisacárido
predominante en el fruto del plátano en estado inmaduro es el almidón; Flores-
Gorosquera et al. (2004) llevaron a cabo el aislamiento del almidón en el fruto del
plátano y ellos reportaron que obtuvieron una pureza del 95%. Estos valores son
similares a los reportados por el grupo de Bello-Pérez et al. (1999).
2.4. USOS DEL ALMIDÓN
Los almidones han sido tradicionalmente usados en la industria de
alimentos, la farmacéutica, petrolera y textil, entre muchas más, como
ingredientes que imparten propiedades funcionales deseables porque regulan y
estabilizan la textura así como por sus propiedades espesantes y gelificantes; se
utiliza como, emulsificante, adhesivo, encapsulador de sabores, formador de
películas, texturizante, sustituto de grasa, agente enlazante, retenedor de
humedad, entre algunos otros (Cousidine, 1982). Dependiendo del tipo de
almidón, éste puede servir para facilitar el procesamiento y satisfacer las
necesidades del consumidor. Cabe destacar que las propiedades del almidón
están determinadas por la organización del gránulo y por los polímeros que lo
constituyen.
Generalmente, el almidón nativo no tiene las características requeridas o
demandadas por la industria. Por eso desde hace años se están estudiando
estrategias para mejorar sus propiedades y una de ellas es la mezcla de
almidones nativos con la finalidad de estudiar el efecto sinergístico que tienen
estas sobre las propiedades funcionales (Nocelo-Cen y Betancur-Ancona, 2005)
Otras estrategias implementadas para mejorar las propiedades del almidón
nativo es la modificación del mismo por métodos químicos, físicos, enzimáticos o
genéticos (Fleche, 1985), dando como resultado un almidón modificado.
20
2.5. MODIFICACIÓN DEL ALMIDÓN. Los almidones nativos de diferentes fuentes de obtención tienen
propiedades únicas. Sin embargo, desde el año de 1940 se ha llegado a la
necesidad de obtener almidones modificados los cuales puedan mejorar algunas
de las propiedades tanto fisicoquímicas como funcionales que llegan a impartir
los almidones nativos. Existen 2 razones importantes para modificar el almidón:
1) Los almidones nativos carecen de algunas propiedades funcionales que
pueden proporcionar los almidones modificados.
2) Los almidones modificados pueden mejorar la textura, la consistencia de
algunos productos alimenticios y farmacéuticos.
2.5.1. Tipos de Modificación. Los gránulos de almidón pueden ser modificados por reacciones químicas
(generalmente por adición de álcali), por reacciones enzimáticas y mediante
modificaciones genéticas (BeMiller, 1997).
En la actualidad, los medios de modificación practicados en el almidón son:
I. Modificación Química
A. Derivatización
1. Eterificación y Esterificación
2. Entrecruzamiento
B. Hidrólisis con ácido / despolimerización hidrolítica
C. Dextrinización
D. Oxidación
E. Hidrólisis
II. Genética
A. Almidón Ceroso
B. Almidón alto en amilosa
III. Modificación Física
A. Gelatinización (para producir almidón pregelatinizado)
B. Preparación de almidón soluble en agua fría.
La modificación física ha cobrado gran interés en la producción de
almidones pregelatinizados ó instantáneos, la preparación de productos
nutraceúticos y otros mas.
21
2.6. ALMIDONES PREGELATINIZADOS. 2.6.1. Generalidades.
El almidón nativo puede modificarse por medios físicos y con la finalidad de
convertirlos en almidón pregelatinizado. Estos almidones modificados a nivel
industrial son llamados pregeles o almidones instantáneos. Actualmente, estos
almidones son muy usados en las diferentes industrias por las propiedades que
pueden proveer a productos alimenticios y farmacéuticos, mejorando las
características de viscosidad y textura.
2.6.2. Producción por diversos métodos. Debido a la gran importancia que ha tomado el llevar a cabo la producción
de almidones pregelatinizados, en la actualidad se cuentan con diversos métodos
para llevar a cabo su producción como: secado por tambor, calentamiento por
microondas, procesos dieléctricos (calentamiento óhmico) e hidrotérmicos y
autoclave (Martínez-Bustos y El-Dash, 1993; Gaytán-Martínez et al., 2000;
González-Parada y Pérez-Sira, 2003 y Martínez-Bustos et al., 2005).
Los almidones pregelatinizados han sido principalmente elaborados a partir
de almidón de maíz bajo el proceso de autoclave; sin embargo, también se ha
llevado a cabo su producción con almidón de yuca como materia prima por medio
del proceso de secado por tambor y calentamiento por microondas, con la
finalidad de mejorar sus propiedades fisicoquímicas y funcionales (González-
Parada y Pérez-Sira, 2003). Por otro lado, Martínez-Bustos et al. (2005) han
propuesto otra alternativa para la elaboración de almidones pregelatinizados a
base de almidones de yuca y jícama por medio de calentamiento óhmico, este
proceso ha sido también utilizado en la elaboración de harinas instantáneas de
maíz amarillo para la preparación de frituras de masas y tortillas (Gaytán-Martínez
et al., 2000). Sin embargo, se ha visto que los procesos anteriormente
mencionados para la producción de almidones pregelatinizados presentan ciertas
desventajas como son: alto consumo de energía, tiempo, costos elevados de
producción y alguno de ellos son procesos intermitentes. Es por ello que en este
estudio se propone hacer uso del proceso de extrusión como un proceso viable
para llevar a cabo la producción de almidones pregelatinizados a partir de fuentes
no convencionales como la del mango y el plátano.
22
2.6.2.1. Extrusión La extrusión es un proceso térmico mecánico por medio del cual,
materiales que contienen biopolímeros (almidones) son plastificados y cocidos por
la acción combinada de presión, calor y esfuerzo de corte, forzándolos a pasar
por una boquilla (Pólit-Corral, 1996). La palabra extrudir proviene del latín
extrudere y significa emular o presionar hacia fuera, expeler o expulsar.
El proceso de extrusión ha sido empleado industrialmente durante los
últimos 50 años. Inicialmente el uso de la extrusión se limitaba a mezclar y dar
forma a macarrones y pellets de cereales o mejor conocimos como “ready to eat”.
En la actualidad, al extrusor se le considera un biorreactor de alta temperatura y
corto tiempo de residencia (HTST por sus siglas en inglés), que transforma una
amplia variedad de materias primas en productos intermedios y/o productos
finales (Harper, 1998).
Esta nueva percepción de utilización y la evolución creciente de la
tecnología de extrusión se debe a:
• Alta capacidad de procesado en continuo y eficiencia energética.
• Procesado de materiales relativamente deshidratados y viscosos.
• Mejora de las características de textura y sabor de los alimentos.
Los procesos y equipos han sido desarrollados simultáneamente en varias
industrias y países durante los dos últimos siglos. En 1779 ya se empleaba un
sistema manual para el procesado de pastas, en 1860-1865 aparecen las
primeras producciones industriales de cereales para desayuno en Michigan y
Nueva York. En 1869 en Inglaterra Fellows y Baste, desarrollaron el primer
extrusor continuo de doble tornillo. Este equipo se usó inicialmente para la
elaboración de productos del tipo salchicha. Hill Keith Kellog en el año de 1894
inventó los primeros “corn flakes” que empezaron a comercializarse de forma
generalizada a partir de 1906. La primera prensa-extrusora se construyó en el año
de 1900 con la finalidad de obtener aceite de linaza. Posteriormente, en el año de
1930 se desarrolló el primer extrusor de un tornillo para la producción continua de
pasta. En los años 40´s se desarrollaron diferentes extrusores de un tornillo para
la obtención de aceite a partir de semillas oleaginosas, sustituyendo muchas de
las menos eficientes prensas hidráulicas obtenidas para este propósito.
23
Entre los años de 1950 y 1960 se desarrollaron las primeras instalaciones
de comida extrusionada para animales, basada en producto a base de almidón
gelatinizado. En el año de 1970 se desarrollaron nuevas generaciones de
extrusores de uno y doble tornillo. Los extrusores de doble tornillo se fabricaron
en Europa desde hace más de 35 años, pero sólo a partir de los 80´s se
interesaron las empresas de U.S.A se interesaron en ellas. Cabe destacar que a
partir de la década de los ochenta, se llevó a cabo la proliferación del uso de los
extrusores sobre estudios relacionados con los biopolímeros y alimentos
nutracéuticos (Pólit-Corral., 1996).
La extrusión se ha vuelto un proceso importante en la fabricación de
alimentos. Es capaz de efectuar un número de operaciones, incluyendo
formación, deshidratación de materiales alimenticios, particularmente harinas
elaboradas a partir de de granos, leguminosas y semillas (Miller, 2000). En el proceso de extrusión se emplean equipos que tienen los siguientes
elementos básicos:
1. Un barril liso o acanalado que puede ir provisto de chaquetas de
calentamiento o enfriamiento.
2. Uno o dos tornillos que giran ajustadamente dentro del barril, los
cuales pueden ser de una sola pieza o compuestos de secciones
intercambiables.
3. Una boquilla de descarga.
4. Un motor que hace girar los tornillos.
5. Generalmente, frente a la boquilla, se coloca cuchillas que cortan el
material extrudido.
2.6.2.2. Clasificación de extrusores. Los extrusores pueden clasificarse según Mercier et al. (1998), por
diferentes criterios:
2.6.2.2.1. Por el número de tornillos
a) Extrusores de un tornillo. En este tipo de extrusores de un solo tornillo
girando dentro de un barril se pueden distinguir las tres secciones: zona de
alimentación, zona de compresión, zona de descarga. El tornillo puede ser
diseñado como una sola pieza o piezas intercambiables, lo que le permite cambiar
24
su configuración e incrementar su versatilidad, además reducir el costo al cambiar
sólo las piezas desgastadas.
Los alabes del tornillo transportan al material a través del cilindro a una
velocidad que es directamente proporcional a la velocidad del tornillo; las estrías
de la pared interna del barril previenen que el material resbale y gire junto con el
tornillo. A este tipo de flujo se le llama “arrastre”. El flujo al interior de un extrusor
de un solo tornillo es del tipo laminar. Además del arrastre se da un flujo inducido
por la diferencia de presión existente entre la zona de descarga (alta presión) y la
zona de alimentación. La dirección de este flujo inducido, es consecuentemente
contraria a la laminar y puede reducir en pequeño grado el rendimiento neto del
proceso (Mercier et al., 1975).
b) Extrusores de doble tornillo. Consiste en dos tornillos paralelos rotando
dentro de un barril. Según giren éstos en el mismo sentido o en sentido opuesto
se subdividen en:
• Corrotacionales: Estos extrusores permiten la alimentación de
ingredientes sólidos o fluidos por separado. La razón de compresión
es 1:1 es decir que la profundidad de los alabes es constante. Estos
son los más populares puesto que trabajan a mayor capacidad. La
aplicación de esta geometría se utiliza para la elaboración de
cereales, snacks, para la texturización de proteínas, alimentos para
mascota por mencionar a algunos (Harper, 1981).
• Contrarrotacionales: Estos operan a bajas velocidades de giro
opuesto ya que se genera gran fricción entre los tornillos. Este tipo
de geometría se utiliza en la producción de dulces, de pastas, de
botanas (Harper, 1981).
En general los extrusores de doble tornillo por su configuración logran una
mayor eficiencia en el transporte y mezclado del material. Además el engranaje
de los tornillos genera una auto limpieza de los mismos (Cisneros, 2000).
2.6.2.2.2. Por la intensidad de cizalla a) Extrusores de baja cizalla. Este tipo de extrusores trabaja con materiales de
alta humedad, a bajas velocidades de giro de tornillo. Otra característica es que
los alabes del tornillo son profundos.
25
Las operaciones básicas que se realizan con estos equipos son el
mezclado y moldeado del material. Un ejemplo de éstos son los extrusores de
pasta.
b) Extrusores de alta cizalla. Estos extrusores por el contrario trabajan con
masas de baja humedad y altas velocidades de giro de tornillo. En este caso los
alabes del tornillo son cortos, generando una mayor fricción lo que origina una
mayor temperatura por disipación viscosa de la energía mecánica, trayendo como
consecuencia la cocción del material. También se genera una mayor presión al
interior del barril lo que se traduce en una mayor expansión del material a la salida
del dado. Un ejemplo de estos extrusores son aquellos para producir bocadillos o
cereales instantáneos.
2.6.2.2.3. Por la generación de energía térmica. a) Extrusores autógenos. La energía térmica es generada únicamente por
conversión de energía mecánica. La energía mecánica es generada por la fuerza
de fricción entre las capas en movimiento del producto. La energía resultante en
el producto es mayor cuanto mayor es la viscosidad del producto, mayor es el
diámetro del tornillo, mayor es la velocidad del tornillo y cuanto menor sea la
profundidad de los alabes.
b) Extrusores isotérmicos. En estos la energía calorífica es proporcionada por
una fuente externa, la cual puede transmitirse por: (1) Conducción a través del
barril, es decir mediante calentadores eléctricos o chaquetas de vapor, o por (2)
Convección, mediante la aplicación directa de vapor en el producto sea
directamente en el barril o en un pre-acondicionador antes que entre al extrusor.
2.6.2.3. Proceso fundamental de la extrusión El proceso fundamental de la extrusión se basa en los siguientes tres
pasos:
1) Sección de alimentación. Generalmente tiene alabes profundos, los cuales,
reciben los materiales que van a ser procesados. En esta sección se mezclan los
ingredientes y se comprimen un poco. En esta parte se puede inyectar agua para
ayudar a desarrollar una masa uniforme y mejorar la transferencia de calor en el
barril del extrusor.
26
2) Sección de compresión. La profundidad de los alabes disminuye, en
esta sección se aplica compresión, esfuerzo de corte y energía térmica al material
alimentado. Al final de esta zona, el material alimentado se convierte en una masa
viscoamorfa lo cual en el caso de almidón este se gelatiniza en esta sección.
3) Sección de formación. Esta sección se caracteriza por una menor
profundidad de los alabes, comparada con aquella de la zona de compresión. La
masa viscoamorfa se transforma en una masa plástica como resultado de la
transformación de la energía mecánica en energía térmica. Esta zona, es quizá, la
más importante del extrusor. Su función es recibir el material comprimido,
homogeneizarlo y hacerlo pasar a través de la boquilla a presión constante
(Martínez-Ayala, 1989).
Uno de los factores principales dentro del proceso de extrusión es la fuerza
de cizalla. La razón de la fuerza de cizalla es proporcional a la velocidad y
diámetro del tornillo e inversamente proporcional a la profundidad del canal
(Miller, 2000). La fuerza de cizalla hace en el caso de almidones que el producto
se estire, acelere la gelatinización y otras reacciones, alinea moléculas de cadena
larga, e incluso puede depolimerizarlas (causando dextrinización) (Figura. 5).
2.6.2.4. La estructura interna de los almidones y su relación con la extrusión.
En su estado nativo, los gránulos de almidón son insolubles en agua a la
temperatura ambiente, son altamente resistentes a la hidrólisis enzimática y
carecen de propiedades funcionales específicas. La insolubilidad de los gránulos
nativos es adscrita a la organización de los mismos que posee regiones cristalinas
que entrelazan de modo covalente con regiones amorfas formadas por segmentos
flexibles. El almidón, como biopolímero, puede estar en estado físico cristalino,
fundido o en solución (estados estables) o estar en forma amorfa (vítrea o
cauchosa) que son inestables. Al extrudir el almidón, su estructura granular y
cristalina desaparecen al extrudir y se convierte el almidón en una fase
homogénea de gránulos fundidos. Los conceptos clásicos de gránulos
gelatinizados hinchados no pueden aplicarse a los extrudidos (Pólit-Corral., 1996)
En relación a la estructura molecular de los almidones, durante la extrusión
el contenido de almidón no cambia a pesar de la alta temperatura, pero si cambia
el tamaño molecular de la amilasa y la amilopectina. Se ha demostrado una
27
degradación en el gránulo de almidón extrudido la cual depende de la
temperatura, velocidad del tornillo y humedad, encontrándose que depende más
del efecto mecánico que del térmico (Barron et al., 2001).
Con la extrusión se llevan a cabo cambios en las propiedades funcionales
del almidón como es la solubilización y absorción en agua fría, lo cual favorece la
producción de almidones pregelatinizados. Seleccionando la geometría del
extrusor y las condiciones de operación, es posible regular en forma muy amplia
el tiempo de residencia, la temperatura, presión y esfuerzo cortante aplicados al
producto. Se pueden obtener una amplia gama de características desde las
típicas de productos nativos, totalmente gelatinizados o totalmente dextrinizados,
las mismas que dependerán también del origen botánico de los almidones y de la
relación del contenido de amilosa y amilopectina de los mismos.
La limitación del contenido de agua, la elevación de temperatura e
incremento del esfuerzo cortante, promoverán transformaciones del tipo
dextrinización, en tanto que condiciones opuestas favorecerán las de tipo de
gelatinización.
Se pueden visualizar a los productos extrudidos como una mezcla de
productos nativos, gelatinizados y dextrinizados. Cabe mencionar que al extrudir
se puede llevar a cabo la formación entre complejos de amilosa-lípido que son
resistentes a la acción enzimática. Adicionalmente, se ha reportado que en el
extrusor se puede llevar a cabo la formación de almidón resistente (AR) debido a
la depolimerización y alineación de las moléculas de sus polímeros por el
esfuerzo de corte aplicado (figura 5).
28
Cizallamiento y estiramiento del almidón.
Degradación mecánica del gránulo (Gelatinización).
Fragmentación por esfuerzo (Dextrinización).
Alineación molecular.
Figura 5. Cambios del gránulo de almidón por la fuerza de cizalla ejercida dentro
del extrusor.
Adaptado de: Miller, 2000.
29
2.6.2.5. Almidón Resistente (AR). El AR se define como la suma del almidón y productos de degradación del
almidón no absorbidos en el intestino delgado de individuos sanos (EURESTA,
1992). En la última década, tecnólogos y científicos han demostrado su interés en
el estudio del AR, abordándolo desde varias perspectivas a) formación y factores;
b) métodos de análisis; C) propiedades fisiológicas, y d) consumo actual.
El almidón es ingerido en los alimentos, éste pasa a través del esófago
hasta llegar al intestino delgado (ID), en donde las enzimas no pueden
desdoblarlo, por lo que sigue su tránsito hacia el intestino grueso (IG) donde es
fermentado por las bacterias presentes en el colon, produciendo ácidos grasos de
cadena corta tales como ácido butírico primordialmente, propiónico y acético.
Estos ácidos grasos, constituyen una fuente de energía para las células del colon,
llamadas colonocitos, y que por esta energía se encuentran en un estado más
eficiente y evitan con ello el cáncer de colon (Bello-Pérez, et al., 2001),
hemorroides, y el estreñimiento. Los colonocitos también participa en el control
de la diabetes, así como en el control del nivel de colesterol en sangre.
La clasificación de AR, ha sido propuesta por Englyst et al. (1992), ésta se
encuentra basada en la naturaleza del almidón y las condiciones ambientales del
alimento.
AR1: Almidón físicamente inaccesible, este se encuentra encapsulado en
las paredes celulares de las plantas, por lo que no puede ser desdoblado por las
enzimas. Este tipo de almidón, puede ser encontrado en granos parcialmente
molidos, semillas y legumbres.
AR2: Gránulos de almidón nativo, debido a su gran densidad y a su
cristalinidad parcial se reduce la susceptibilidad enzimática (Gallant et al., 1992).
AR3: Es una fracción de almidón, que se forma después de ciertos
tratamientos de calor – humedad. Este tipo de almidón puede ser encontrado en
pan, papas cocidas y enfriadas, así como en frijoles o chícharos enlatados
(Sievert y Pomeranz, 1989). La elaboración y almacenamiento de estos
productos, originan el fenómeno de retrogradación que a su vez crea una
estructura que no puede ser desdoblada por las enzimas.
30
AR4: La resistencia enzimática de éste tipo de almidón es debido a una
modificación química, física o térmica. La formación de enlaces glucosídicos
diferentes en los enlaces α (1→ 4) o α (1→ 6) por tratamiento térmico, reducen la
disponibilidad para las enzimas amilolíticas. También los enlaces cruzados o la
presencia de algunos sustituyentes (por ejemplo, hidroxipropilo) pueden reducir la
digestibilidad del almidón.
En los últimos años se ha propuesto la producción del AR por medio de la
extrusión. Algunos de los trabajos realizados en esta área se encuentra el de
Rabe y Sievert (1992), los que investigaron el efecto de la extrusión en la
formación de AR usando harina de trigo y a través de la CDB, ellos observaron la
presencia de complejos amilosa–lípidos y amilosa cristalizada, con lo cual
concluyeron que la formación de amilosa cristalizada contribuye en la formación
de AR y que la presencia de complejos amilosa-lípido, no afecta la formación de
AR. Unlu y Faller (1998), encontraron que el almidón de maíz con alto contenido
de amilosa, aumenta la producción de AR en productos extrudidos. Tosi et al.
(2001), estudiaron la formación de AR por extrusión en función del contenido de
humedad y temperatura de tratamiento. En este estudio ellos extrudieron sémola
de maíz sin desgerminar, a tres temperaturas (150, 175 y 200 °C) y humedades
comprendidos entre 12 y 20%. Ellos encontraron que el contenido de AR no
depende de la humedad después de contenidos de 16%, pues este
comportamiento depende fundamentalmente de la temperatura a la que se
efectúo el tratamiento. A temperaturas de 150 y 175 °C, se produce una
disminución en el contenido de AR, en tanto que a 200 °C se produce un
aumento. Por otro lado Agustiano-Osornio et al. (2005) encontraron valores de
AR del 9.70%, en almidón de mango extrudido a velocidades de tornillo
intermedias y altas temperaturas. En este estudio ellos concluyeron que el
proceso de extrusión es una buena alternativa para la producción AR.
31
2.6.3. Aplicaciones de almidones pregelatinizados. Los almidones pregelatinizados tienen la propiedad de que pueden
dispersarse en agua fría sin necesidad de someterlo a cocción. Pueden usarse
como aditivos estabilizantes, retenedores de humedad y espesantes (Martínez-
Bustos et al., 2005). En la industria farmacéutica se usan para diluir, para
aglutinar, lubricar o desintegrar diversos productos sólidos, por otro lado pueden
utilizarse como un polímero de alta viscosidad, como vehículo de sustancias
pastosas, en la elaboración de cremas y lociones de uso dermatológico. En la
industria de alimentos los almidones pregelatinizados son utilizados en la
elaboración de alimentos infantiles, en la producción de sopas y atoles
instantáneos, en productos de relleno como en productos de repostería, en la
elaboración de polvos finos, compactos, nutritivos y en la elaboración de obleas
(Balagopalan et al., 1988).
32
III. JUSTIFICACIÓN
Durante los últimos años, se ha visto un gran interés por tener fuentes no
convencionales para la obtención de almidón, tales como mango (Mangifera
indica L) y plátano (Musa paradisíaca L), los cuales presenten nuevas o mejores
propiedades funcionales que los tradicionalmente utilizados. Los almidones
aislados de estas frutas en estado inmaduro ya han sido aislados y
caracterizados, existiendo un campo muy amplio para la investigación de este
polímero estudiando su efecto sinergístico al emplear las mezclas de estos
almidones para obtener mejores propiedades funcionales.
Debido a la gran importancia que ha cobrado la producción de almidones
pregelatinizados, por la amplia aplicación que tienen en la industria de alimentos,
se propone en este estudio una nueva alternativa para producirlos a partir de
almidón de mango y plátano, mediante el proceso de la extrusión, y así obtener
pregeles con mejores propiedades funcionales, los cuales puedan ser adicionados
en la elaboración de algunos productos alimenticios con valor nutraceútico.
33
IV. OBJETIVOS
4.1. Objetivo General.
Producir almidones pregelatinizados a partir de mezclas de almidones de
fuentes no convencionales usando un extrusor de doble tornillo.
4.2. Objetivos específicos.
1) Obtener los almidones pregelatinizados a dos velocidades de tornillo: 200 y
250 rpm.
2) Estudiar las características estructurales de los extrudidos.
3) Evaluar las propiedades funcionales de los extrudidos.
4) Determinar el contenido de almidón resistente.
34
Figura 6. Diagrama de flujo para la producción de almidones pregelatinizados a partir de fuentes no convencionales y su caracterización parcial
V. ESTRATEGIA EXPERIMENTAL
Materia Prima Plátano Macho (Musa
Paradisiaca L) y Mango Petacón (Mangifera indica L)
Mezclas (%P:%M)
Control plátano 80:20 60:40 50:50 40:60 20:80
Control mango Extrusión
Temperatura: 40, 70, 90 y 110 oC
Velocidad de tornillo: 200 y 250 rpm
Humedad: 16%
Características Estructurales -Difracción de rayos X -Espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier.
Almidones pregelatinizados
Propiedades Funcionales:
-Índice de absorción y solubilidad en agua -Grado de Gelatinización -Color
Aislamiento del almidón
Análisis de Datos Determinación de
almidón resistente
P= almidón de plátano, M= almidón de mango
35
VI. MATERIALES Y MÉTODOS 6.1. MATERIALES. 6.1.1. Materia prima Los frutos que se utilizaron para el aislamiento del almidón fueron mango
(Mangifera indica L.) de la variedad Tommy Atkins y plátano (Musa Paradisíaca
L); dichos frutos fueron comprados en la central de abasto en Cuautla Morelos.
6.1.2. Reactivos
Todos los reactivos utilizados fueron de grado analítico de las marcas
Roche, Sigma, Merck y Fermont.
36
6.2. MÉTODOS. 6.2.1. Aislamiento del almidón a) Almidón de Mango
Se aisló el almidón de mango siguiendo el método modificado por Flores-
Gorosquera et al (2004). Al mango se le eliminó la cáscara, posteriormente el fruto
se colocó dentro de un vaso de licuadora industrial (Inter, modelo LI-3, México,
D.F.) conteniendo 5 L de una solución de ácido cítrico (3 g/L) y se homogeneizó la
mezcla a una velocidad máxima durante 2 min, el fruto molido se cribó
sucesivamente en mallas (U. S.) 20, 40, 100 y 200. La suspensión obtenida fue
centrifugada (Modelo BSGAR 1500, Verona, Italia) a 400874 x g, se descartaron
los sobrenadantes en cada ciclo. El precipitado se secó en un secador por
aspersión (Niro Atomizer, modelo P-6.3, Conpenhagen, Denmark), con una
temperatura de alimentación de 130–150 °C, concentración de sólidos en la
alimentación de 30–40% y temperatura de salida de 70–80 °C.
Finalmente, se cribó en malla 100 (U. S.) para obtener un polvo con un
tamaño de partícula homogéneo. Una vez obtenido el almidón, se guardó en un
recipiente sellado hasta su uso. Posteriormente, se realizaron los análisis de
composición química, con el fin de conocer la pureza del almidón.
b) Almidón de Plátano. Se utilizó la metodología propuesta por Flores-Gorosquera et al (2004). Se
pesaron lotes entre 100 y 150 kg del fruto y se separó la cáscara, después el fruto
se colocó dentro de un contenedor con ácido cítrico al 0,3%. Para la molienda
húmeda se utilizaron tres licuadoras industriales de 12 L de capacidad (Inter,
modelo L1-3 México, D.F.) a velocidad máxima por dos minutos, posteriormente el
fruto molido se cribó sucesivamente en mallas de 20, 40, 100 y 200 U.S. En cada
malla el residuo se lavó hasta que el líquido de salida no tuviera residuo aparente
de almidón. La suspensión obtenida se separó en una centrífuga de discos semi-
continua Marca Veronesi (Modelo BSGAR 1500, Verona, Italia) a 10.750 rpm;
posteriormente la pasta resultante se sometió a un cribado en malla 100 y 200,
donde el residuo se lavó como se describió previamente.
37
La suspensión se centrifugó nuevamente, y el proceso de separación y
purificación del almidón de plátano en el cribado y centrifugado se realizó un total
de tres veces para cada operación. La pasta final se secó por aspersión (Niro
Atomizer, Modelo P-6.3. Copenhague, Dinamarca), a una temperatura de entrada
de 130-150°C, concentración de sólidos en la alimentación de 30-40% y
temperatura de salida de 70-80°C. 6.2.2. Preparación de las muestras extrudidas.
Se llevó a cabo la preparación de las mezclas de los almidones estudiados
en las siguientes proporciones: 100, 80:20, 60:40, 50:50, 40:60, 20:80 y 100 de
almidón de plátano y mango respectivamente; estas se mezclaron en una batidora
(KitchenAid, Modelo KSM150BOB, USA) por durante 20 min., posteriormente se
llevó a cabo la extrusión en un extrusor de doble tornillo marca Clextral Bc-
21(Akron, USA) con configuración de tornillos co-rotacional. Se utilizaron las
siguientes condiciones de temperatura para las cuatro zonas del extrusor: 40,
70,90 y 110oC y a velocidades de tornillo de 200 y 250 rpm con una inyección de
agua en la segunda zona de 0.48 kg/h. La capacidad de alimentación en el
extrusor fue de 5 kg/h. La relación longitud/diámetro del extrusor es de 16:1.
Los extrudidos obtenidos fueron puestos a secar en un horno Lab-line
Imperial (U.S.A) a 50°C por 24 h, para posteriormente molerlo en un molino
Cyclotec Tecator (modelo 1093,Suecia). Con el fin de obtener una muestra
homogénea, se pasaron por una malla de 200 µm para ser posteriormente
almacenadas a temperatura ambiente en bolsas metálicas.
6.2.3. Características estructurales de los extrudidos. 6.2.3.1. Difracción de rayos-X.
Las muestras analizadas por los siguientes estudios fueron preparadas
acondicionándolas a una humedad relativa del 82%.
Las muestras se colocaron sobre el portamuestra del difractómetro de
rayos-X (Bruker D5005) de ángulo ancho, equipado con una fuente de cobre
operado a 40 kV y 30 mA, produciendo una radiación de Cu Kα con una longitud
de onda de 1.54 Å. Los datos fueron colectados en un intervalo de 4-38° cada
0.1°, con una velocidad de barrido de 60s/°.
38
La línea base del difractograma fue corregida en el intervalo de barrido y el
vector fue normalizado utilizando el programa OPUS 3.0 (Bruker, UK) antes de
calcular el índice de cristalinidad, el cual se determinó por el método propuesto por
Bello-Pérez et al., (2005).
6.2.3.2. Espectroscopia de infrarrojo. Los espectros de infrarrojo fueron obtenidos por el método propuesto por
Bello-Pérez et al., (2005) para muestras de almidón extrudido de plátano, esto se
llevo a cabo con un espectrofotómetro de infrarrojo (Bruker, UK), el cual cuenta
con una celda térmica de simple reflactancia con un diamante (Graseby-specac
Ltd., UK). Se utilizó una cubierta sellada de zafiro con un anillo de goma, con la
finalidad de minimizar las perdidas de humedad durante las mediciones. Para
cada muestra se colectaron 32 barridos con una resolución de 4 cm-1 y fueron
agrupados. Todas las muestras fueron registradas a una temperatura de 25 °C. El
análisis de datos se llevo a cabo usando el programa OPUS 3.0 (Bruker, UK).
6.2.4. Propiedades funcionales. 6.2.4.1. Índice de Absorción y Solubilidad en Agua.
Se llevo a cabo por la metodología propuesta por Anderson et al. (1969). Se
pesaron 2.5 g de muestra en un tubo de centrífuga, se agregaron 30 mL de agua
destilada y se agitaron durante 30 min a 30ºC; Los tubos se centrifugaron a 5000
rpm por 20 minutos. Después de la centrifugación se decantó el sobrenadante en
un tubo de centrífuga graduado y se midió el volumen, se filtró el sobrenadante, de
ahí se tomaron 10 mL del filtrado y se puso a secar por 4 horas a 90oC en cajas
petri previamente taradas, y por último se pesó el residuo.
Cálculos:
(g) muestra la de Peso(g) gel del Peso IAA
Agua(IAA) deAbsorción de Indice
=
39
( )100(g) muestra la de Peso
(g) blessolu de PesoISA
(ISA) Aguaen dsolubilida de Indice
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
6.2.4.2. Grado de Gelatinización
La determinación del grado de gelatinización, se realizó por la metodología
descrita por Birch y Priestley (1973), esta se basa en la formación de un complejo
azul por la adición de yodo, el cual reacciona con la amilosa liberada durante la
gelatinización. Se pesaron 0.04 g de almidón (base seca), los cuales fueron
dispersados en 50 mL de KOH 0.060 M, posteriormente en una plancha magnética
se agitaron durante 15 min. La mezcla se centrifugó por 5 min a 3000 x g, se tomó
una alícuota de 1 mL, se mezcló con 9 mL de HCl 6.7 mM se agregaron 100 µL de
reactivo de yodo (1 g de yodo y 4 g de yoduro de potasio/100 mL de agua) se
mezcló y se leyeron las densidades ópticas a 600 nm (a1). La determinación se
repitió usando 50 mL de KOH a 0.4 M y 9 mL de HCl 0.0445 M para obtener la
segunda densidad óptica (a2). El grado de gelatinización se calculó como la
relación de las densidades ópticas a1 y a2.
Cálculo:
( )100 GG(%)aa
1
2⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
6.2.4.3. Determinación de color. El color que percibimos es definido de acuerdo con la Comisión
Internacional de la Iluminación (CIE) como el aspecto de la percepción visual
mediante el cual un observador llega a distinguir entre dos campos del mismo
tamaño, forma y textura basándose en las diferencias en la composición espectral
de las radiaciones relacionadas con la observación.
40
La colorimetría sirve como un método de medida del color el cual permite
asignar una magnitud a cada uno de los atributos perceptivos y además,
determinar el color mediante números que permitan su especificación en un
espacio de representación. En el sistema CIELab las magnitudes L*, a*, y b* son
coordenadas rectangulares adimensionales y se definen en función del tipo del
estímulo y del blanco de referencia para tratar de simular a los observadores
reales. La coordenada L* corresponde a la claridad de la muestra y (a*, b*) son las
coordenadas colorimétricas que forman un plano perpendicular a L*, siendo a su
vez, perpendiculares entre sí. El corte del eje L* con los planos que forman a* y b*
son los puntos acromáticos. En el eje a*, para valores positivos se va del punto
acromático a los rojos, para valores negativos se va hacia los verdes. En el eje b*,
para valores positivos se va del punto acromático al amarillo, para valores
negativos se va hacia los azules. A partir de las coordenadas a* y b* del sistema
CIELab se pueden definir dos magnitudes colorimétricas que corresponden a las
coordenadas cilíndricas C* y h* dadas por:
( )ba 22 34
C ∗∗= +∗
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛= ∗
∗∗
ab arctg H
C* es el croma o saturación de la muestra y toma el valor 0 para estímulos
acromáticos; H* es el tono y varía entre 0 y 360º; para valores acromáticos H* es
una magnitud indefinida. Ambos términos (C*, H*) definen la cromaticidad del color
de un estímulo y junto con la iluminancia L* determinan las coordenadas
cilíndricas del espacio CIELab (McGuirre, 1992)
41
Para la determinación en las mezclas de almidones pregelatinizados se
utilizó un colorímetro Milton Roy mod. Color mate, utilizando como blanco el
estándar de calibración color blanco (X=82.58, Y= 86.92, Z= 89.30). Las
mediciones se realizaron con el iluminante D65 y con 10º de inclinación,
excluyendo la reflexión especular. Los resultados se reportaron de acuerdo al
sistema CIELab.
6.2.5. Almidón resistente. La metodología descrita por Goñi et al., 1996, se fundamenta en determinar
el contenido de almidón indigestible en muestras vegetales tal y como se ingieren.
Inicialmente se realiza una hidrólisis proteica con pepsina a pH ácido para emular
las condiciones estomacales, seguida de la hidrólisis del almidón digestible con α-
amilasa pancreática, una vez eliminados los productos de esta hidrólisis por
centrifugación, en el residuo permanece la fracción indigestible. Ésta es
dispersada en medio alcalino e hidrolizada en su totalidad con amiloglucosidasa,
determinando así, la glucosa liberada. Para esto, se pesaron 100 mg de muestra
en un tubo de centrífuga, se agregaron 10 mL de regulador de KCl-HCl pH 1.5 y
200 µL de solución de pepsina (250 mg de enzima en 2.5 mL de regulador de KCl-
HCl). Se incubaron en un baño de agua a 40 °C durante 60 minutos con agitación
constante, posteriormente se dejó enfriar a temperatura ambiente. Se adicionaron
9 mL de regulador de Tris-maleato pH 6.9 y 1 mL de solución de α-amilasa (360
mg de enzima en 9 mL de regulador de Tris-maleato). Se incubaron durante 16
horas en baño a 37°C con agitación constante. Pasado este tiempo, se
centrifugaron las muestras durante 15 minutos a 3000 x g y se descartó el
sobrenadante; el residuo se lavó con 10 mL de agua y se descarto nuevamente el
sobrenadante. Se adicionaron 3 mL de agua destilada al residuo y 3 mL de KOH
4M (preparado ese mismo día), la mezcla se mantuvo en agitación constante
durante 30 minutos a temperatura ambiente. Se agregaron 5.5 mL de HCl 2 M y 3
mL de regulador de acetato de sodio, se ajusto el pH a 4.75, se adicionaron 80 µL
de amiloglucosidasa. Se incubaron por 45 minutos en un baño de agua a 60 °C
con agitación constante. Se centrifugaron por 15 minutos a 3000xg, se
42
recolecto el sobrenadante en un matraz aforado de 50 mL. Se tomaron 50 µL de
muestra para determinar la cantidad de glucosa liberada por digestión enzimática,
mediante el método de glucosa/oxidasa peroxidasa leyendo las absorbancias de
las muestras a 510 nm en un espectrofotómetro.
Cálculo:
(mg) seca muestra de Peso x 1000
0.9 x 100 Dilución xVolumen x x mL
g Glucosa ResistenteAlmidón %
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=
µ
6.2.6. Análisis Estadístico.
Se aplico un análisis de varianza de dos vías ANOVA para analizar todos
los resultados obtenidos. El nivel de significancia utilizado en todos los análisis fue del 5% (α = 0.05).
Cuando se encontraron diferencias significativas en las variables medidas, se
aplicó la prueba de comparación múltiple de Tukey.
43
VII. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
7.1. Aislamiento del almidón Se procesaron 150 kg de mango variedad Tommy Atkins, de los cuales se
obtuvieron 10 kg de almidón en base seca y para el caso del plátano se
procesaron 100 kg de plátano variedad macho, de los cuales obtuvieron 13 kg de
almidón en base seca, ambos procesos se realizaron a un nivel planta piloto.
7.2. Determinación de color Los parámetros de color en el sistema CIELab para los almidones
pregelatinizados a las dos velocidades del tornillo se muestran en los cuadros 4 y
5. El parámetro que describió en mejor forma el cambio de color en las muestras
fue la luminosidad (L*), la cual representa la claridad de los almidones
pregelatinizados. L* se extiende en un eje vertical cuya escala va del cero al cien,
donde cero corresponde al color negro y cien al blanco, es decir indica que tan
claro u obscuro es un material. En el almidón nativo de mango mostró una L* de
93.21 y en el caso del almidón nativo de plátano un valor de L* de 81.79, lo cual
indicó que el almidón de mango es más blanco que el de plátano. En el caso de la
mezcla de almidones pregelatinizados se mostró en ambas velocidades de tornillo
estudiadas (200 y 250 rpm) que a medida que el porcentaje de almidón de mango
en la mezcla fue mayor se obtuvieron los valores más altos de L* (83.09 y 83.12,
respectivamente); sin embargo, comparando los almidones nativos con los
almidones pregelatinizados estos últimos mostraron un color más oscuro (Figuras
7a y 7b).
44
Cuadro 4. Componentes del color en las mezclas de almidones pregelatinizados a
la velocidad de tornillo de 200 rpm.
Media de cuatro repeticiones ± error estándar
Mezcla (%P:%M)
L* H* C*
Control de plátano
55.71±0.02a
56.96±0.03a
15.85±0.03e,h
80:20
55.43±0.02b
57.39±0.03b
17.84±0.05a
60:40
59.92±0.03c
59.34±0.03c
17.11±0.04g
50:50
62.24±0.02d
59.68±0.02d
15.98±0.05f,h
40:60
63.71±0.02e
61.01±0.05e
15.11±0.04d
20:80
71.36±0.03f
64.76±0.02f
12.15±0.03c
Control de mango
83.09±0.03g
80.40±0.04g
6.91±0.04b
Letras minúsculas iguales en columna indican que no existe diferencia estadística significativa
(p ≤ 0.05),
P= almidón de plátano, M= almidón de mango
45
Cuadro 5. Componentes del color en las mezclas de almidones pregelatinizados a
la velocidad de tornillo de 250 rpm.
Media de cuatro repeticiones ± error estándar
Mezcla (%P:%M)
L* H* C*
Control de plátano
53.08±0.02a
54.34±0.02a
17.64±0.03a
80:20
55.55±0.02b
56.42±0.01b
17.07±0.04b
60:40
61.07±0.04c
58.07±0.01c
15.96±0.05c,h
50:50
61.54±0.03d
59.07±0.01d
15.74±0.03d,i
40:60
60.65±0.02e
58.00±0.03e
15.92±0.03e,h,i
20:80
71.36±0.03f
63.25±0.03f
11.44±0.04f
Control de mango
83.12±0.036g
81.58±0.04g
6.69±0.03g
Letras minúsculas iguales en columna indican que no existe diferencia estadística significativa
(p ≤ 0.05),
P= almidón de plátano, M= almidón de mango
46
a)
b)
Figura 7. Imágenes de los almidones pregelatinizados de los controles de: a)
almidón de mango y b) almidón de plátano a las dos velocidades de tornillo
estudiadas.
47
Debido a las diferentes condiciones que se emplean en el proceso de
extrusión (altas temperaturas, presión, tiempo de residencia y esfuerzo de corte),
estas pueden causar daños llevando a cabo reacciones de oscurecimiento o
degradación de los pigmentos. Cabe destacar que durante la producción de los
almidones pregelatinizados por medio de la extrusión, se observó que se
intensifico la coloración café del almidón de plátano, cuya coloración disminuyó a
medida que el porcentaje de almidón de mango en la mezcla aumentó.
7.3. Grado de Gelatinización. El grado de gelatinización es la propiedad funcional que está directamente
relacionada con las propiedades físicas de los productos extrudidos. En los
almidones pregelatinizados se obtuvo que la gelatinización del almidón dentro del
extrusor fue casi completa (Cuadro 6); sin embargo, no se encontraron diferencias
estadísticamente significativas entre las dos velocidades de tornillo estudiadas y
en la mezcla de los almidones. Agustiano-Osornio (2004) llevo a cabo la extrusión
con un sólo tornillo utilizando como materia prima almidón de mango y ella obtuvo
un valor máximo de GG de 65.28% con contenidos de humedad bajos y
velocidades de tornillos altas (20% y 58 rpm). Esto se debió principalmente a una
degradación molecular originada por la fuerza de cizalla, que llevo a cabo la
formación de partículas de bajo peso molecular que incrementan el porcentaje de
gelatinización. Köksel et al. (2004) realizó un estudio sobre el efecto de las
variables de extrusión sobre las propiedades de extrudidos de cebada., con lo que
respecta al GG en este estudio los extrudidos mostraron una gelatinización parcial
(43-45%) debido a que el tiempo de residencia fue menor por la velocidad de
tornillo empleada (300 rpm).
Algunos autores han demostrado que el proceso de extrusión produce una
gelatinización casi completa a bajos contenidos de humedad cuando la
temperatura excede de 110-135oC (Anderson et al., 1989; Mercier y Feillet, 1975;
Chiang y Johnson, 1977).
48
Cuadro 6. Grado de Gelatinización (GG) en las mezclas de almidones
pregelatinizados a dos velocidades de tornillo.
Mezcla (%P:%M)
200 rpm 250 rpm
Control de plátano
92.718±0.398a,A
93.492±0.597 a,A
80:20
92.005±0.319 a,A
92.887±0.729 a,A
60:40
91.933±0.704 a,A
92.867±0.431 a,A
50:50
91.155±0.177 a,A
92.668±0.738 a,B
40:60
91.065±0.254 a,A
92.625±0.751 a,B
20:80
91.007±0.354 a,A
92.447±0.435 a,A
Control mango
90.635±0.357 a,A
92.287±0.483 a,A
Media de cuatro repeticiones ± error estándar
Letras minúsculas iguales en columna, indican que no existe diferencia estadística significativa
(p ≤ 0.05)
Letras mayúsculas iguales en fila, indican que no existe diferencia estadística significativa
(p ≤ 0.05).
P= almidón de plátano, M= almidón de mango
49
7.4. Características Estructurales de los extrudidos 7.4.1. Difracción de rayos X
Los difractogramas de los almidones nativos y de dos mezclas de
almidones pregelatinizados de plátano y mango se muestran en la figura 7. El
almidón de mango presentó un patrón de difracción de rayos X tipo A (alto grado
de ramificación y longitud de cadenas cortas). Este tipo de patrón se encuentra
principalmente en cereales, mientras que el almidón de plátano muestra un patrón
de difracción de rayos X tipo C (mezcla de longitud de cadenas cortas y largas) el
cual es una mezcla de los patrones tipo A y B. Estos patrones de difracción de
rayos X se deben a que en su estado nativo los gránulos presentan cristalinidad, lo
cual se debe a los componentes del almidón como es la amilopectina (Millán-
Testa, 2004). Cuando los almidones se someten a tratamientos térmicos como es
la extrusión donde se manejan condiciones de alta temperatura y esfuerzo de
corte, estos provocan la fragmentación en el gránulo y la pérdida de cristalinidad
(Barron et al., 2001), dando como resultado un estado amorfo como lo podemos
observar en las mezclas de 80% Plátano – 20% Mango y 50% plátano – 50%
Mango. La fragmentación del almidón que ocurre dentro del proceso de extrusión
ha sido evidenciada por estudios de rayos X por la parcial o completa pérdida de
cristalinidad del gránulo de almidón (Chinaswamy et al., 1989). Cabe mencionar
que resultados similares obtuvieron Farhat et al. (2001) y Bello-Pérez et al. (2005)
y presentando un estado amorfo en sus muestras extrudidas de almidón de papa y
plátano respectivamente; esto se debió al efecto ocasionado por el proceso de
extrusión el cual tuvo el mismo efecto en el trabajo reportado por Wolfgang et al.
(2002) para almidones de trigo, maíz y arroz. Por otro lado el estado amorfo indica
la gelatinización completa del almidón lo cual en este estudio se correlaciona con
los resultados obtenidos del grado de gelatinización (GG).
Cabe destacar que todas las muestras extrudidas que se realizaron en este
estudio presentaron un patrón amorfo, debido a la pérdida de cristalinidad por el
esfuerzo de corte. El patrón amorfo provoca que los almidones sean más solubles
en agua característica deseable en los almidones pregelatinizados.
50
Almidón nativo de Plátano
Almidón nativo de Mango
80%P-20%M
50%P-50%M
0 10 20 30 40 Figura 8. Difractogramas de rayos X de los almidones nativos y de la mezcla de
los almidones pregelatinizados. P=almidón de plátano, M= almidón de mango
51
7.4.2. Espectroscopia de infrarrojo. El análisis por espectroscopía de infrarrojo mostró que los almidones
pregelatinizados presentaron una mayor cantidad de zonas amorfas que
cristalinas (Cuadro 7), ya que el cociente de 1045/1022 fue < 1; cuando dicho
cociente tiende hacia cero lo que prevalece en el almidón son las zonas amorfas.
En general, los valores de la relación 1045/1022 incrementaron cuando se
aumentó la cantidad de almidón de mango en la mezcla de almidones
pregelatinizados estudiadas, indicando que el patrón de difracción tipo A- de este
almidón retiene en mayor grado su estructura cristalina después del proceso de
extrusión que el tipo C- del almidón de plátano. Se observó que a mayor velocidad
del tornillo (250 rpm) se encontró que prevalece ligeramente más la cristalinidad
del almidón, esto es debido a que a mayor velocidad es menor el tiempo de
residencia, desorganizándose menos la estructura del almidón. Estos resultados
coinciden con los patrones de difracción de rayos X de los almidones
pregelatinizados, por lo que estas técnicas pueden ser complementarias en el
estudio de almidones. En extrudidos elaborados con almidón de plátano e
inmediatamente analizados (0 h y 3 h), se encontró un valor de la relación
1045/1022 < 1; dicho valor fue incrementado cuando las muestras fueron
almacenadas, debido al proceso de recristalización del almidón (Bello-Pérez et al.,
2005).
52
Cuadro 7. Relación de las absorbancias (1045/1022) de la mezcla de almidones
pregelatinizados estudiadas por espectroscopia de infrarrojo.
Mezclas (%P:%M)
200 rpm 250 rpm
Control plátano
0.239±0.005d,f,A
0.260±0.009d,B
80:20
0.240±0.005c,f,A
0.270±0.008c,d,B
60:40
0.267±0.004b,e,A
0.273±0.002b,c,d,A
50:50
0.275±0.002a,b,e,A
0.273±0.002b,c,d,A
40:60
0.279±0.004a,b,e,A
0.284±0.00b,c,A
20:80
0.280±0.004a,b,A
0.290±0.003a,b,A
Control mango
0.295±0.005a,A
0.306±0.004a,A
Media de cuatro repeticiones ± error estándar
Letras minúsculas iguales en columna, indican que no existe diferencia estadística significativa
(p ≤ 0.05)
Letras mayúsculas iguales en fila indican, que no existe diferencia estadística significativa
(p ≤ 0.05).
P= almidón de plátano, M= almidón de mango
53
7.5. Propiedades Funcionales 7.5.1. Índice de absorción e índice de solubilidad en agua.
Estas dos propiedades funcionales (IAA e ISA) son muy importantes ya que
sirven para evaluar que tanto un almidón pregelatinizado puede absorber agua y
que tanto puede solubilizarse para poder ser empleado en algún alimento. Cabe
mencionar que el almidón nativo no absorbe agua a temperatura ambiente, sin
embargo cuando el almidón es extrudido llega a absorber agua rápidamente para
formar una pasta a temperatura ambiente (Colonna et al., 1998).
Los valores obtenidos del IAA para las mezclas de almidón pregelatinizado
se muestran en el cuadro 8, donde se observó que la velocidad de tornillo y el
porcentaje de la mezcla de los almidones tuvieron un efecto significativo en el IAA,
y que a medida que incremento la velocidad de tornillo (250 rpm) el IAA
incrementó significativamente; esto puede deberse a que esfuerzos de cortes altos
provocan la degradación de las moléculas de almidón ya que sólo los gránulos
fragmentados absorben agua a temperatura ambiente, provocando así un
incremento en la viscosidad. También se encontró que el IAA incrementó a medida
que el nivel de almidón de mango en la mezcla fue aumentando, esto puede
deberse a que el tamaño de los gránulos de almidón de mango son pequeños por
naturaleza (5-10 µm), lo cual favorece la absorción de agua ya que se tiene una
mayor área de contacto (Paredes-López et al., 1989). Colonna et al. (1998)
reportaron que después de alcanzarse un valor máximo del IAA, este llega a
disminuir cuando la degradación molecular del almidón es excesiva, ocasionado
esto por el uso de temperatura extrema en el extrusor. Resultados similares
obtuvieron Chang et al. (2001) con mezclas de almidón de yuca y proteínas de
soya, reportando valores de 0.94 hasta 5.19%, ellos reportaron un IAA alto a
temperaturas y concentraciones de proteínas de soya altas (160ºC, 39.86%) y con
velocidad de tornillo constante de 250 rpm; concluyendo que esta capacidad baja
de absorber agua de los extrudidos, los pueda llevar a su utilización en la
elaboración de alimentos para mascotas. Nabeshima y Grossmann (2001)
reportaron altos IAA (7.5-8.2%) en almidones pregelatinizados de yuca con dife-
54
rentes concentraciones de fósforo y NaOH; ellos mostraron que el IAA fue
afectado por la concentración de NaOH y la temperatura ya que cuando ambas
aumentaron se obtuvieron los niveles más altos de esta propiedad funcional, ellos
concluyen que este efecto se debe a la combinación del proceso de extrusión y
de un pH alcalino los cuales causaron una modificación del gránulo lo cual
aumentó la capacidad de hidratación.
Para el caso de los valores obtenidos del ISA aumentó significativamente a
medida que incrementó la velocidad de tornillo y el nivel de almidón de mango en
la mezcla (Cuadro 9). El ISA se relaciona con la cantidad de moléculas solubles, lo
que está asociado con el aumento de la dextrinización del gránulo de almidón por
el esfuerzo de corte (pérdida de cristalinidad del gránulo de almidón que mostraron
nuestros almidones extrudidos por difracción de rayos X y espectroscopia de
infrarrojo) (Colonna et al., 1984); cabe mencionar que la viscosidad de los
almidones extrudidos pudiera estar relacionada con el incremento de la solubilidad
y esta a su vez puede ser afectada por la formación de complejos de amilosa con
ácidos grasos. Por otro lado el ISA aumenta con la severidad del tratamiento
térmico y mecánico en el extrusor y se ha reportado que el ISA incrementa cuando
el contenido de humedad en la muestra disminuye (Colonna et al., 1998).
En el caso de almidones pregelatinizados elaborados a partir de almidones
de yuca y jícama utilizando calentamiento óhmico se obtuvieron valores más bajos
(1.7-7.1 y 1.1-2.6% respectivamente) que los que se obtuvieron en este caso por
el proceso de extrusión a 250 rpm (25.5-38.9%). Martínez-Bustos et al. (2005)
mencionan que esos bajos ISA en los almidones pregelatinizados de yuca y
jícama se debe a que el calentamiento óhmico no produce una alteración severa
en el gránulo de almidón como lo provoca la extrusión. En almidones
pregelatinizados donde no se aplica ninguna fuerza de corte a los gránulos
hinchados, ocurre apenas una lixiviación parcial de la amilosa, llevando a cabo
una absorción de agua y una limitada solubilidad (Colonna et al., 1987)
55
Cuadro 8. Índice de Absorción de Agua (IAA) en las mezclas de almidones
pregelatinizados a dos velocidades de tornillo.
Media de cuatro repeticiones ± error estándar
Mezcla (%P:%M)
200 rpm 250 rpm
Control de plátano
2.327±0.040e,A
3.285±0.027e,B
80:20
2.683±0.019d,A
3.313±0.015e,B
60:40
2.690±0.0.22d,A
3.373±0.039d,B
50:50
2.695±0.021d,A
3.428±0.222d,B
40:60
3.145±0.012c,A
3.565±0.033c,B
20:80
3.305±0.031b,A
3.925±0.019b,B
Control mango
3.428±0.022a,A
4.130±0.029a,B
Letras minúsculas iguales en columna, indican que no existe diferencia estadística significativa
(p ≤ 0.05)
Letras mayúsculas iguales en fila, indican que no existe diferencia estadística significativa
(p ≤ 0.05).
P= almidón de plátano, M= almidón de mango
56
Cuadro 9. Índice de Solubilidad en Agua (ISA) en las mezclas de almidones
pregelatinizados a dos velocidades de tornillo.
Media de cuatro repeticiones ± error estándar
Mezcla (%P:%M)
200 rpm 250 rpm
Control de plátano
21.258±0.920c,e,A
25.500±0.624c,f,h,B
80:20
23.190±1.482b,d,e,A
32.420±0.722b,e,g,B
60:40
26.985±0.715a,d,A
34.422±0.590a,d,g,B
50:50
27.317±1.516a,d,A
35.953±1.438a,d,g,B
40:60
27.377±1.826a,d,A
36.387±1.397a,d,g,B
20:80
27.473±1.184a,d,A
37.547±1.344a,d,B
Control mango
28.820±0.535a,A
38.990±0.133a,B
Letras minúsculas iguales en columna, indican que no existe diferencia estadística significativa
(p ≤ 0.05)
Letras mayúsculas iguales en fila, indican que no existe diferencia estadística significativa
(p ≤ 0.05).
P= almidón de plátano, M= almidón de mango
57
7.6. Almidón Resistente El contenido de AR fue más alto en los almidones pregelatinizados con
mayor contenido de almidón de plátano, esto se debe a que el almidón nativo de
plátano presentó un patrón de difracción de rayos X entre el A- y el B-, con una
estructura cristalina que hace más difícil su hidrólisis por las enzimas amilolíticas
que los almidones de cereales con patrón tipo A- (Faisant et al., 1995). El análisis
estadístico mostró que tuvo un efecto significativo la velocidad del tornillo ya que a
medida que esta incrementó se obtuvieron los valores mas altos de AR, este
comportamiento puede deberse que a altas velocidades del tornillo se lleva a
cabo una dextrinización de los componentes del almidón (amilosa y amilopectina),
provocando la formación de cadenas lineales lo que favorece la formación de AR
(Agustiano-Osornio et al., 2004). Por otro lado este comportamiento puede
deberse también a que el almidón de plátano tiene un mayor contenido de amilosa
presente (37%) (Millan-Testa et al., 2005), lo cual ayuda a la formación de AR.
Estadísticamente tanto las mezclas y las velocidades empeladas mostraron
diferencias estadísticas significativas, esto nos da a entender que estos 2 factores
influyen dentro del contenido de AR (Cuadro 10). Unlu y Faller, (1998) llevaron a cabo la formación de almidón resistente con
un extrusor de doble tornillo y con mezclas de almidón de maíz, trigo, papa y
harina de maíz; ellos obtuvieron el nivel más alto de AR con la mezcla de almidón
y harina de maíz (2.28%), por ello concluyen que esto puede deberse al contenido
de amilosa presente en el almidón de maíz haciendo hincapié que el contenido de
AR va a variar de acuerdo a la fuente botánica que se esté estudiando, por otro
lado ellos hicieron otras pruebas con mezclas de harina de maíz con diferente
porcentaje de ácido cítrico y el nivel más alto fue de 3.89% con un 95% de harina
de maíz con el 5% de acido cítrico, esto es debido a que el ácido corta las
cadenas de amilosa y amilopectina, lo cual contribuye a la formación de cadenas
largas y por lo tanto formación de AR. Resultados similares obtuvo Adamu (2001),
donde el llevó a cabo la producción de AR de almidón de maíz y goma guar como
es afectado por ácidos y surfactantes; observaron que con la mezcla de almidón
58
de maíz sin goma guar y acido cítrico se obtuvo un 6.75% de AR y con goma guar
13.95% y concluye que el ácido cítrico fragmenta las cadenas de los componentes
del almidón.
Cuadro 10. Contenido de almidón resistente (AR) en las mezclas de almidones
pregelatinizados a 2 velocidades de tornillo.
Mezclas (%P:%M)
200 rpm 250 rpm
Control de plátano
5.61±0.24 a,A
6.21±0.10 a,B
80:20
5.50±0.15 b,A
6.13±0.15 b,B
60:40
4.05±0.15 c,A
5.41±0.19 c,B
50:50
2.32±0.20 d,A
4.07±0.12 d,B
40:60
2.28±0.15 e,A
3.08±0.12 e,B
20:80
1.58±0.12 f,A
2.61±0.15 f,B
Control de mango
1.14±0.14 g,A
2.52±0.12 g,B
Media de cuatro repeticiones ± error estándar
Letras minúsculas iguales en columna, indican que no existe diferencia estadística significativa
(p ≤ 0.05)
Letras mayúsculas iguales en fila, indican que no existe diferencia estadística significativa
(p ≤ 0.05).
P= almidón de plátano, M= almidón de mango
59
VIII. CONCLUSIONES
• El proceso de extrusión desorganizó la estructura cristalina de los
almidones presentes en la mezcla como fue observado mediante difracción
de rayos X, espectroscopia de infrarrojo y grado de gelatinización.
• Los almidones pregelatinizados preparados con mayor velocidad de tornillo
(250 rpm) y con mayor porcentaje de almidón de mango presentaron mayor
índice de absorción de agua e índice de solubilidad en agua.
• Los almidones pregelatinizados preparados a 250 rpm y con mayor
contenido de almidón de plátano en la mezcla tuvieron mayor contenido de
almidón resistente.
• Los pregeles elaborados con la mezclas de los almidones de plátano y
mango pueden ser utilizados como ingrediente nutraceútico en diversos
alimentos.
60
IX. BIBLIOGRAFÍA
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