almidones de maiz
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Gelatinización y otras propiedades del almidón
Los gránulos de almidón intactos no son solubles en agua fría, pero
pueden embeber pequeñas cantidades de agua de forma reversible,
ocasionando un pequeño hinchamiento.
Este incremento del diámetro del gránulo varía entre 9,1 % para el
almidón normal y 22,7 % para el maíz céreo.
Cuando los gránulos de almidón se calientan en presencia de agua,
sufren un proceso llamado gelatinización.La gelatinización es la disrupción del orden molecular dentro del
gránulo. La evidencia de la pérdida del orden, incluye:hinchamiento irreversible del gránulo
pérdida de birrefringencia
pérdida de cristalinidad.
Se produce dentro de un estrecho margen de temperatura,
gelatinizando primero los gránulos más grandes y por último los más
pequeños.
Temperatura de gelatinización de almidones de distintas fuentes
La temperatura inicial y el rango de gelatinización, dependen del método de medición, de la relación almidón/agua, tipo de gránulo y heterogeneidades dentro de la población de gránulos.
Almidón Temperatura de gelatinización (°C)Arroz 61 – 78
Maíz 62 – 72
Papa 58 – 65
Mandioca 52 – 65
Sorgo 68 - 75
Trigo 52 - 63
Si se continúa el calentamiento de los gránulos de almidón en
exceso de agua, resulta un gránulo hinchado con adicional
extracción de amilosa.
Si además se aplica en esta etapa un esfuerzo de corte, los
gránulos se rompen y se forma una pasta.
Una pasta de almidón es una masa viscosa consistente de una
fase continua (una dispersión molecular) de amilosa y amilopectina
solubilizada y una fase discontinua de gránulos remanentes.
La completa dispersión molecular se obtiene bajo condiciones de
altas temperaturas, altos esfuerzos de corte y con exceso de agua,
condiciones raras, en los productos alimenticios.
La gelatinización y empastamiento de los gránulos de almidón ocurren, debido a que la temperatura de la suspensión de almidón en
agua se incrementa, las moléculas de almidón vibran y giran
vigorosamente, rompiendo los enlaces de hidrógeno
intermoleculares, permitiendo así la penetración de agua, así como la
separación progresiva de más y mayores segmentos de cadena de
almidón, aumentando el azar en la estructura general y disminuyendo
el número y tamaño de las regiones cristalinas.
Gelatinización
Calor + agua
Evolución de los gránulos de almidón de maíz a lo largo del proceso de gelatinización (5 % almidón- 95 % agua)
30 ºCAdsorciónsuperficial de agua
40 ºCComienzan a romperseLas uniones puentes H en el interior del gránulo
60 ºcRuptura de más uniones de hidrógeno internos Mayor absorción de agua
90 ºCGrado óptimo gelatinización,se alcanza el pico máximode viscosidad.
70 ºCSalida de amilosa delgránulo, apertura de lasuperficie
65 ºCLa amilosa comienza a salirdel gránulo formando unadispersión coloidal
En solución diluida, las moléculas de almidón precipitan, y este
material insoluble es difícil de redisolverlo por calentamiento.
Si una solución de almidón concentrada se enfría,
en ausencia de agitación, se forma un gel rígido.
Este retorno al estado insoluble se llama retrogradación.
La retrogradación del almidón cocido involucra a los dos polímeros
constituyentes, la amilosa y amilopectina.
La retrogradación de la amilosa es mucho más rápida que la que
sufre la amilopectina.
Cuando las pastas cocidas de almidón son enfriadas y almacenadas,
el almidón se torna progresivamente menos soluble.
Efectos de la retrogradación:incremento de viscosidaddesarrollo de turbidez u opacidadprecipitación de partículas insolublesformación de gelessinéresis.
Se puede imaginar el gel como cadenas de almidón con capas de moléculas de agua retenidas por puentes hidrógeno. Al ir enfriándose la pasta de almidón, las cadenas van perdiendo energía y los enlaces de hidrógeno se hacen más fuertes proporcionado firmeza al gel.
Para determinar cuantitativamente el comportamiento de las pastas de almidón se realiza un amilograma en el aparato denominado visco-amilógrafo de Brabender. Una suspensión de almidón en agua se somete a calentamientos y
enfriamientos controlados, registrándose, de forma continua, la viscosidad de la suspensión.
Visco-amilógrafo Brabender
Amilograma
Detalle de la taza y del agitador
Amilograma típico de un almidón de maíz
A: Viscosidad máxima.B: Viscosidad a 95 °C. B /A indica la facilidad de cocción del almidón.C: Viscosidad después de la cocción, durante una hora a 95 °C. B – C indica la estabilidad de la pasta durante la cocción.D: Viscosidad de la pasta enfriada a 50 °C. D-C es un índice de la tendencia del almidón a retrogradar.E: Viscosidad final a 50 °C. D – E indica la estabilidad de la pasta cocida.
Curva representativa del visco-amilógrafo de Brabender, que muestra los cambios de viscosidad relacionados con el hinchamiento de los gránulos de almidón y su desintegración, al calentar una suspensión de gránulos hasta 95 ºCy mantenerla después a esa temperatura.
Poco cocido
Bien cocido
Demasiado cocido
Dispersióncompleta
Viscosidad de la pasta
Temperatura
USOS DEL ALMIDÓN
Almidones modificados
Los distintos almidones poseen un espectro amplio de
características, que los hacen adecuados para multitud de usos.
Sin embargo, la gran diversidad de aplicaciones que tiene
actualmente el mismo hace que los almidones nativos no cubran la
gama de propiedades físico-químicas requeridas por la industria.
Por esta razón, se someten a procesos de modificación, por vía
física y/o química para obtener tipos adecuados para usos
específicos.
La modificación o derivatización, tiene como objetivos:
Modificar las características de gelatinización y de cocción
de los almidones nativos.
Modificar las tendencias a la retrogradación y formación de
geles de los almidones.
Aumentar la capacidad de retención de agua a bajas T de las
dispersiones.
Disminuir la tendencia a la sinéresis.
Impartir propiedades hidrofóbicas.
Introducir componentes iónicos.
1) Pregelatinización
2) Fluidización por ácidos
3) Eterificación
4) Esterificación
5) Almidones con enlaces cruzados
6) Oxidación
Los procesos más comunes son:
1) Pregelatinización
Es un almidón que ha sido cocido o gelatinizado de alguna forma, y a
continuación secado.
Tiene la propiedad de re-disolverse en agua fría, dando una pasta que
difiere poco de la del almidón original.
La aplicación más importante de los almidones pregelatinizados es la
preparación de bebidas instantáneas a base de cacao y de postres
instantáneos que se sirven inmediatamente después de agitarlos con
leche fría.
Se aplica, con frecuencia, a almidones modificados por vía química, para
combinar las propiedades de éstos con la facilidad de hincharse en agua
fría.
Almidón granular aglomerado pregelatinizado
2) Fluidización por ácidos
Se obtienen calentando, a temperatura suave (50 °C), una suspensión
del almidón en ClH diluido, seguido de filtración, lavado y secado.
El tratamiento produce una hidrólisis parcial de las moléculas de
amilosa y amilopectina, con la cual se obtiene un producto cuya pasta
caliente es de baja viscosidad, y que puede utilizarse en
concentraciones altas con una fluidez manejable.
En el enfriamiento, la retrogradación es mayor que la del almidón
original, produciéndose geles rígidos.
Tienen gran aplicación en la confección de caramelos y confites de
textura gomosa.
3) Eterificación
Se hace reaccionar los grupos OH del almidón con reactivos que
introduzcan en las moléculas cadenas con grupos hidrofílicos
(alcohólicos, catiónicos o aniónicos).
La presencia de estos grupos disminuye la temperatura de
gelatinización y aumenta la velocidad de hinchamiento.
Los grupos iónicos mejoran la capacidad de retención de agua y dan
pasta de gran viscosidad.
Las pasta son, además, de buena transparencia y con muy escasa
retrogradación.
Dichas características y su capacidad de formar películas
transparentes y flexibles en el secado, son la base de las aplicaciones
en las industrias textil y papelera.
4) Esterificación
Los grupos OH del almidón pueden esterificarse con diversos anhídridos orgánicos e inorgánicos, obteniéndose varios tipos de ésteres de almidón, entre los que destacan los fosfatos y los acetilados.
La presencia de estos grupos disminuye la temperatura de gelatinización.
Los fosfatos de almidón muy sustituidos pueden hincharse incluso con agua fría.
Las pastas producidas son de mayor viscosidad, con buena transparencia y presentan poca retrogradación.
Los ésteres de almidón se aplican en las industrias textil, papelera y alimentaria.
Los fosfatos de almidón, poseen propiedades excelentes para la formulación de alimentos congelados, por su buen
comportamiento en los ciclos de congelación y
descongelación.
5) Almidones con enlaces cruzados
Se obtienen cuando se hace reaccionar el almidón con un compuesto con varios grupos funcionales capaces de reaccionar con los grupos OH.
El resultado es la formación de puentes intermoleculares que refuerzan la estructura del gránulo.
La ventaja principal de estos derivados es la estabilidad que presentan sus pastas frente a la agitación y el calentamiento, incluso en medio ácido.
Son importantes sus aplicaciones en alimentos que han de sufrir un proceso de esterilización o que se preparan con un pH ácido.
Formación de enlaces cruzados, en el almidón, mediante fosfatos
6) Oxidación
Se puede realizar con diferentes reactivos, si bien los más utilizados son el ácido peryódico y el hipoclorito de Na.
La oxidación con ácido peryódico da lugar al almidón dialdehído, de gran aplicación en la industria papelera y del curtido.
El almidón dialdehído se condensa con las proteínas, a lo que debe sus propiedades curtientes, y con los grupos OH de la molécula de celulosa, que adquiere mayor resistencia a la ruptura.
Formación de almidones dialdehído por oxidación con peryodato
La oxidación con hipoclorito es, generalmente, el único
procedimiento autorizado por la legislación de diversos países para
obtener almidones oxidados que se utilizarán en alimentos.
Este tratamiento produce la oxidación de algunos grupos OH del
almidón a carbonilo y carboxilo, así como alguna hidrólisis de las
cadenas.
Presentan temperatura de gelatinización y viscosidad menores
que los almidones nativos.
La viscosidad disminuye rápidamente con el calentamiento y la
agitación, dando pastas fluidas, de gran transparencia y con escasa
retrogradación.
Al extender y secar las pastas forman películas
transparentes, continuas y muy adherentes. Esta propiedad es la
base de la utilización de estos almidones en la industria de
adhesivos y papelera.
La estabilidad de sus pastas en el enfriamiento los hace útiles
en la preparación de alimentos, cuando es importante evitar la
geleficación.
Su baja viscosidad en caliente permite emplearlos en los
alimentos en que se necesita disponer de una alta proporción de
sólidos, compatible con una viscosidad moderada.
Almidón de mandioca oxidado con ClONa
Almidón de mandioca acetilado-oxidado