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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