Facultad Ciencias Farmacéutica y Bioquímica Instituto de …€¦ · · 2015-08-03almidón de la pulpa comestible de las diferentes muestras, ... características físicas y químicas

UNIVERSIDAD AUTONOMA GABRIEL RENE MORENO

Facultad Ciencias Farmacéutica y Bioquímica

Instituto de Investigación F.C.F.B.

Almidón Nativo y Modificado.

Obtención, cuantificación, modificación y usos

Equipo investigadores:

PhD. ABEL GONZALEZ GALAN

LIC. NOELIA XIMENA OLGUIN ARANCIBIA

LIC. EDWIN LOAYZA SILES

LIC. ERWIN BEIMAR SEVERICH FARFAN

Santa Cruz de la Sierra – Bolivia

JULIO 2014 0

INDICE

Pág. RESUME GENERAL 1 CAPITULO I 2

1. Introducción General 3 1.1. Objetivo General 4 1.2. Objetivos Secundarios 4

2. Marco teórico 5 2.1. Gránulo de almidón 5 2.2. Composición Química 7

3. Estructura del almidón 8 4. Propiedades Funcional 9

4.1. Viscosidad 9 4.2. Claridad 9 4.3. Hinchamiento y Solubilidad 9 4.4. Capacidad de retención de agua 10

5. Propiedades Fisicoquímicas 10 5.1. Gelatinización 10 5.2. Gelificación y Retrogradación 11

6. Almidón Modificado 11 6.1. Uso de Almidón Modificado 13

7. Bibliografía 14

CAPITULO II 16 EXTRACCIÓN Y CARACTERIZACIÓN PARCIAL DE DIFERENTES ALMIDONES NATIVOS DE FUENTES NO TRADICIONALES CULTIVADOS EN SANTA CRUZ-BOLIVIA

17

RESUMEN 18 SUMARY 19

1. Introducción 20 2. Materiales y Métodos 21 3. Extracción de Almidón 22 4. Resultados y Discusión 27 5. Conclusión 35 6. Agradecimiento 35 7. Referencias 36

CAPITULO III 39 MODIFICACIÓN DEL ALMIDÓN NATIVO DE CAMOTE (Ipomoeba batata) POR MEDIO DE PREGELATINIZACIÓN Y OXIDACIÓN

40

RESUMEN 41 1. Introducción 42 2. Materiales y Métodos 44

2.1. Métodos de obtención de almidones modificados 44 3. Resultados 48 4. Conclusiones 59 5. Agradecimiento 60 6. Bibliografía 60

i

CAPITULO IV 64 AUMENTO DE LA VIDA UTIL POST-COSECHA DE TOMATES RECUBIERTOS CON PELICULAS COMESTIBLES ELABORADAS A PARTIR DE ALMIDON NATIVO Y MODIFICADO DE CAMOTE (Ipomoeba batata)

65 RESUMEN 66

1. Introducción 67 2. Materiales y Métodos 68 3. Resultados y Discusiones 71 4. Conclusiones 77 5. Agradecimiento 78 6. Bibliografía 78

ii

RESUMEN GENERAL

Según la FAO la tendencia actual es buscar fuentes no convencionales como alternativas para obtener almidones nativo que presenten diversas características fisicoquímicas, estructurales y funcionales, que amplíen la gama de usos en la industria, por tanto es necesario buscar nuevas fuentes de extracción, ya que con una producción mundial de 48,5 millones de ton/año (Faostat, 2001), existe una demanda insatisfecha del mismo. También la modificación de los almidones en la industria ha retomado fuerza ya que el almidón nativo por sí mismo confiere algunas propiedades físicas a los alimentos o productos que se elaboren con el mismo, pero estas características muchas veces se ven limitadas a la demanda de los requerimientos del producto para subsanar este límite se recurre a la modificación del almidón nativo por algún método dándole así un aumento y mejora de sus propiedades funcionales otorgando así mejores cualidades del producto final que se requiera elaborar. Una utilidad que le podemos dar a los almidones es la de elaborar biofilmes para ser utilizados en la protección de alimentos y así mantener su estructura original durante el tiempo de exposición y venta. Al extraer el almidón se genera un residuo que luego de estudiar su composición se buscó una alternativa para la utilización del mismo aprovechando sus características tecnológicas y utilizándolo en la alimentación humana. En este sentido, el residuo y almidón de camote pueden ser usados para elaborar diferentes productos de panificación, en este caso el cuñape. Los objetivos de esta investigación fueron aislar y purificar el almidón de la pulpa comestible de las diferentes muestras, y evaluar la composición química, características físicas y algunas propiedades funcionales de los almidones extraídos, visando lograr modificar almidón nativo de camote por oxidación y pre-gelatinización y evaluar las características funcionales, físicas de los almidones modificados para poder ser utilizados en la aplicación de películas comestibles para aumentar la vida útil postcosecha de tomates (Lycopersicon esculentum) recubiertos con películas elaboradas a partir de almidón de camote (nativo, pregelatinizado y oxidado 0.15%), y también darle utilidad al residuo de la extracción del almidón para la elaboración de uno de los alimentos más tradicionales de la cultura cruceña que es el cuñapé. Los resultados muestran que de los productos estudiados, el camote es el que presenta mejor rendimiento de extracción y un almidón con características físicas y químicas adecuadas y que nos permiten comparar al tradicional almidón de yuca, siendo este una alternativa del mismo. A la vez las modificaciones realizadas al almidón de camote nos indican que la técnica de oxidación nos permite obtener un subproducto con mucho mejores características tecnológicas que las que presenta el almidón nativo, así como al ser utilizado en la elaboración de películas protectoras para tomates permite el aumento de la vida útil del mismo fruto por un periodo de tiempo mucho mayor a los frutos sin recubrir, manteniendo las características propias del fruto.

1

CAPITULO I

2

1. INTRODUCCIÓN GENERAL

El almidón es una materia prima con un amplio campo de aplicaciones que van desde la

impartición de textura y consistencia en alimentos hasta la manufactura de papel, adhesivos y

empaques biodegradables (Zhao; Whistler, 1994).

El almidón está constituido de gránulos en los cloroplastos de las hojas verdes y en los

amiloplastos, estos últimos son los órganos de almacenamiento en las semillas y tubérculos.

Las fuentes potenciales más importantes de almidones son los granos de cereales (40-90% de

su peso seco), leguminosas (30-50% de su peso seco), tubérculos (65-85%) de su peso seco) y

frutas inmaduras o verdes (40-70% de su peso seco) (Guilbot & Mercier, 1985).

Estructuralmente, el almidón consiste de dos polisacáridos químicamente distinguibles: la

amilosa y la amilopectina. La amilosa es un polímero lineal de unidades de glucosa unidas por

enlaces α (1-4), en el cual algunos enlaces α (1-6) pueden estar presentes. Esta molécula no es

soluble en agua, pero puede formar micelas hidratadas por su capacidad para enlazar

moléculas vecinas por puentes de hidrógeno y generar una estructura helicoidal que es capaz

de desarrollar un color azul por la formación de un complejo con el yodo (Knutzon y Grove,

1994). Mientras que la amilopectina es un polímero ramificado de unidades de glucosa unidas

en un 94-96% por enlaces α (1-4) y en un 4-6% con uniones α (1-6). Dichas ramificaciones se

localizan aproximadamente a cada 15-25 unidades de glucosa. La amilopectina es

parcialmente soluble en agua caliente y en presencia de yodo produce un color rojizo violeta

(Guan y Hanna, 2004).

3

Los almidones nativos de las diferentes especies de vegetales tienen como característica

fundamental que sus propiedades fisicoquímicas y funcionales estarán influenciadas por sus

estructuras granular y molecular (Wang y White, 1994). Las propiedades más importantes a

considerar para determinar la utilización del almidón en la elaboración de alimentos y otras

aplicaciones industriales incluyen las fisicoquímicas: gelatinización y retrogradación; y las

funcionales: solubilidad, hinchamiento, absorción de agua, sinéresis y comportamiento

reológico de sus pastas y geles (Wang y White, 1994).

1.1. OBJETIVO GENERAL

El objetivo principal fue de aislar y purificar el almidón de la pulpa comestible de

diferentes fuentes no tradicionales, evaluando la composición química, características

físicas y algunas propiedades funcionales de los almidones extraídos, visando su

modificación y uso en la elaboración de películas protectoras.

1.2. OBJETIVOS SECUNDARIOS

Específicamente, se objetivo:

- Aislar y purificar el almidón de la pulpa comestible de las diferentes muestras, y

evaluar la composición química, características físicas y algunas propiedades

funcionales de los almidones extraídos.

- Modificar almidón nativo de camote por oxidación y pre-gelatinización y evaluar las

características funcionales, físicas de los almidones modificados.

4

- Evaluar la aplicación de películas comestibles en el aumento de la vida útil

postcosecha de tomates (Lycopersicon esculentum) recubiertos con películas

elaboradas a partir de almidón de camote (nativo, pregelatinizado y oxidado 0.15%).

2. MARCO TEORICO



empaques biodegradables (ZHAO; WHISTLER, 1994).



Las fuentes potenciales más importantes de almidónes son los granos de cereales (40-90% de



Debido a que el almidón es el polisacárido más utilizado como ingrediente funcional

(espesante, estabilizante y gelificante) en la industria alimentaria, es necesario buscar nuevas

fuentes de extracción, ya que con una producción mundial de 48,5 millones de ton/año

(FAOSTAT, 2001), existe una demanda insatisfecha del mismo.

2.1. GRÁNULO DE ALMIDÓN

El almidón es el principal hidrato de carbono de reserva en todas las plantas superiores. En su

estado nativo, e almidón es insoluble en agua fría, sus gránulos son parcialmente cristalinos

cuya morfología, composición química, y estructura supramolecular son características de

5

cada especie en particular. Existe una variación de tamaño de estos gránulos, especialmente

entre las diferentes fuentes (entre 0,5 y 100 μm). El tamaño de la partícula, incluso la

distribución del tamaño, son algunas de las características que mayormente influyen en las

propiedades funcionales de los gránulos de almidón. Se ha reportado que lo gránulos de

almidón más pequeños tienen un mayor poder de hinchamiento, menor solubilidad, mayor

capacidad de retención de agua, y más baja susceptibilidad a la alfa-amilasa.

En solución acuosa el almidón es birrefringente en luz polarizada y muestra en el modelo

típico de la cruz de Malta. El hilium el punto original de crecimiento del gránulo, esta al

centro de la cruz. Existe todavía confusión al mencionar si el almidón es cristalino tanto como

birrefringente. Las dos propiedades no están necesariamente relacionadas. La birrefringencia

implica solo un alto grado de orientación molecular dentro del gránulo y no tiene relación a

cualquier forma cristalina en particular (Prieto Mendez y Col., 2009).

Los gránulos de almidón se encuentran en un sistema polimérico semicristalino, donde la

cristalinidad varía de 15 a 45%, y es atribuida a las cadenas cortas lineales de la amilopectina,

que forman dobles hélices organizadas en una estructura cristalina tridimensional (ZOBEL,

1988; ERLINGEN; DELCOUR, 1995). Durante el proceso de gelatinización, el orden

molecular dentro de los gránulos es destruido gradual e irreversiblemente, por esto la

temperatura de gelatinización es característica para cada tipo de almidón y depende

fundamentalmente de la transición vítrea de la fracción amorfa del almidón (ERLINGEN;

DELCOUR, 1995). Algunos eventos ocurren durante el proceso: el orden molecular, y por lo

tanto la birrefringencia, se pierde; los gránulos pierden su cristalinidad, absorben gran cantidad

de agua, provocando el hinchamiento y un aumento en su volumen. Se solubilizan algunas

6

moléculas, particularmente la amilosa, que se difunde hacia el agua y, si el calentamiento

continúa, se rompen y se observa una solubilización parcial. Todo este proceso es

endotérmico, requiriéndose aproximadamente 10 mJ.mg–1 de almidón para efectuarlo, como lo

han demostrado los estudios con Calorimetría Diferencial de Barrido (CDB) (BILIADERIS,

1992). La pasta de almidón obtenida después de la gelatinización no es estable, ya que durante

el almacenamiento se presentan transformaciones estructurales que, en conjunto, reciben el

nombre de retrogradación.

2.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA

Los gránulos de almidón están compuestos de polímero de α-D-glucanos y pequeñas

cantidades de constituyentes no carbohidratos, particularmente lípidos, proteínas, y minerales,

el último, aunque es un componente menor, puede influir en las propiedades funcionales del

almidón. Los almidónes presentan generalmente niveles bajos de proteína, como los de

amaranto de diferentes variedades que presentan contenidos de proteína entre 0.02 y 0.9%. Sin

embargo, una variedad de sorgo presenta un nivel de proteína alto (2.11%). En general, el

almidón debe su funcionalidad a sus componentes moleculares principales, la amilosa y al

amilopectina, así como la organización física de las macromoléculas en la estructura del

gránulo. Por consiguiente la estructura de almidón necesita ser considerada a dos niveles

distintos: (1) a un nivel molecular que se refiere a la cantidad, estructura fina, tamaño, y forma

de sus componentes moleculares y (2) a la estructura supramolecular del granulo.

Los almidónes muestran modelos de difracción de rayos X característicos que se dan por las

cadenas cortas del componente de la amilopectina. Hay tres patrones de difracción para los

7

almidónes (A, B, C). El tipo a es típico de almidónes de cereales; los tubérculos presentan el

tipo B; y ciertas raíces ya almidónes de semillas dan el tipo C (Zobel, 1988).

3. ESTRUCTURA DEL ALMIDÓN






de desarrollar un color azul por la formación de un complejo con el yodo (KNUTZON;

GROVE, 1994). Mientras que la amilopectina es un polímero ramificado de unidades de

glucosa unidas en un 94-96% por enlaces α (1-4) y en un 4-6% con uniones α (1-6). Dichas

ramificaciones se localizan aproximadamente a cada 15-25 unidades de glucosa. La

amilopectina es parcialmente soluble en agua caliente y en presencia de yodo produce un color

rojizo violeta (GUAN; HANNA, 2004).



estructuras granular y molecular (WANG; WHITE, 1994a). Las propiedades más importantes

a considerar para determinar la utilización del almidón en la elaboración de alimentos y otras



reológico de sus pastas y geles (WANG; WHITE, 1994b).

8

4. PROPIEDADES FUNCIONALES

4.1. VISCOSIDAD

La viscosidad se obtiene después de mezclar y calentar una suspensión acuosa de almidón,

manteniéndola a una temperatura por un tiempo deseado enfriada a una velocidad definida,

puede medirse por diferentes métodos viscoamilógrafos.

4.2. CLARIDAD

La claridad de una pasta de almidón es otro de sus atributos importantes. El almidón es

empleado como relleno en repostería debido a su capacidad de ser transparente, y en el caso de

aderezos para ensaladas, el almidón debe ser opaco. La claridad varía considerablemente con

la fuente de almidón, con la proporción de amilosa/amilopectina y puede ser alterada por

modificaciones químicas o enzimáticas de los gránulos, y por la adición de solutos (Craig et

al., 1989).

4.3. HINCHAMIENTO Y SOLUBILIDAD

Cuando el almidón se pone en contacto con agua caliente, los gránulos se hinchan y una

porción del almidón se disuelve en el medio acuoso circulante. El grado de hinchamiento y la

cantidad de solubles dependerá de la especie de almidón y del tipo y magnitud de la

modificación. Para una completa caracterización del almidón, puede determinarse el

hinchamiento y la solubilidad en intervalos de 5ºC durante la formación de pasta (60-95ºC).

9

4.4. CAPACIDAD DE RETENCIÓN DE AGUA

El almidón tiene la habilidad de enlazar las moléculas de agua. Esta propiedad es muy

importante en las aplicaciones del almidón, debido a que el uso de este polisacárido se muy

variado, tal como en el área de alimentos y cosméticos, donde se requiere una textura seca o

con consistencia.

5. PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS

5.1. GELATINIZACIÓN

La gelatinización es de gran importancia en muchas operaciones de procesamiento de

alimentos. Los procesos como al elaboración de pan, tortillas, productos de pasta, la

fabricación de botanas y salsas, todas ellas son dependientes de la gelatinización del almidón

para producir esa textura deseada.

Cuando se pone el almidón en agua fría, los gránulos se hinchan ligeramente (10 a 20%),

debido a la difusión y absorción del agua en las regiones amorfas, pero este hinchamiento es

un proceso reversible al secarse. Sin embargo, cuando los gránulos son calentados en agua a

temperaturas mayores, se alcanza un punto donde los gránulos hinchados presentan un

fenómeno irreversible, pierden el orden estructural (se pierde la birrefringencia), el cual es

debido a la fusión de los cristales. Cuando los gránulos continúan expandiéndose, la amilosa

lixivia a la fase intergranular acuosa. Estos cambios moleculares llevan a un aumento

sustancial en la viscosidad de la muestra. En conjunto, la ruptura de la estructura granular, el

hinchamiento y al hidratación, y solubilización de las moléculas de almidón se describe por el

término gelatinización.

10

5.2. GELIFICACIÓN Y RETROGRADACIÓN

Después de la gelatinización o formación de pastas de almidón, la amilosa y amilopectina

pueden ser consideradas como disueltas. Las moléculas de amilosa tienen una fuerte tendencia

a asociarse a través de la formación de puentes de hidrogeno con otras moléculas de amilosa

adyacentes cuando la solución se enfría, o al mantenerla por largo periodo de tiempo.

El grado de hinchamiento y desintegración del granulo, así como la exudación de la amilosa,

dependen del tipo y concentración de almidón, temperatura, presencia de otros solutos, y le

corte o agitación aplicada durante el calentamiento.

La retrogradación es un fenómeno complejo y depende de muchos factores como la fuente de

almidón, concentración de almidón, regímenes de calentamiento y enfriamiento, pH, y la

presencia de solutos como lípidos, electrolitos, y azucares; por ejemplo, repetición de ciclos de

congelamiento-deshielo, los cuales son conocidos por acelerar drásticamente la retrogradación

y sinéresis. La principal influencia de la retrogradación es en la textura, aceptabilidad, y

digestibilidad de los alimentos que contienen almidón.

6. ALMIDON MODIFICADO

Los almidones naturales pueden modificarse químicamente para producir cambios físicos que

contribuyen a la estabilidad, apariencia, comodidad y funcionamiento en la preparación de los

alimentos (Guevara, 2014). A continuación se describe algunos ejemplos de almidones

modificados utilizados en la elaboración de alimentos:

11

Almidón pre-gelatinizado: El almidón puede modificarse por medios físicos con la

finalidad de convertirlos en almidón pre-gelatinizados. Estos almidones a nivel industria son

llamados pre-geles 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 (Manrique-Quevedo,

2009)

Estos almidones tienen la propiedad de que pueden dispersarse en agua fría sin necesidad de

someterse a cocción. Pueden utilizarse como aditivos estabilizantes, retenedores de humedad y

espesantes. (Martínez-Bustos et al., 2005). En la industria farmacéutica se utiliza para diluir,

para aglutinar, lubricar o desintegrar diversos productos sólidos, elaboración de cremas o

lociones de uso dermatológico. (Bagalopalan et al., 1988)

Almidón oxidado: Es un almidón que sido oxidado. como modificación química, pues

al llevarse a cabo la oxidación en medio ácido, conjuntamente con la oxidación se produce

parcialmente la hidrólisis de éste. Esto trae como consecuencia una disminución del peso

molecular, con la consecuente disminución de la viscosidad, aumento de la transparencia de

los geles, aumento del poder hidrofílico y disminución de la retrogradación. Esta variación de

las propiedades, sugiere la posibilidad de la utilización de esta modificación de almidón como

agente aglutinante en tabletas. Por otro lado, del análisis de correlación lineal entre el

contenido de grupos carbonilos y carboxilos con la viscosidad, la capacidad de hinchamiento y

la temperatura de gelatinización, se pudo comprobar que la presencia de grupos carboxilos al

ser minoritaria, tiene un efecto menos marcado sobre las propiedades del almidón. (Díaz-

Molina y Carreras-Collazo, 1999)

12

Después de la viscosidad, la cualidad estética más importante de las pastas y geles de almidón

es su apariencia visual que se considera por su claridad, transparencia u opacidad. Por

ejemplo, en casos en que el almidón es usado como agente espesante en salsas y aderezos, la

opacidad es deseable ya que resalta el color brillante de los productos. Pero en otros casos una

máxima transparencia es deseable. En general, la claridad de las pastas y geles está

relacionada con el estado de dispersión de los solutos y la tendencia a retrogradar del almidón.

Esta propiedad se mide por la capacidad que tengan las pastas o geles de almidón para

transmitir la luz cuando son sometidos al paso de un haz radiante (CYTED, 2000).

6.1. Usos de los almidones modificados

Quesos: Con la introducción de almidón en reemplazo de la caseína hay ahorros

importantes de dinero y no se requieren cambios al proceso de producción. Además de darle

una excelente apariencia al queso y un mejoramiento en la firmeza.

Mayonesa y salsas: El almidón actúa como un emulsificante. Con ese producto y el 80%

del aceite vegetal se puede fabricar mayonesa o salsas para ensalada.

Crema pastelera: El almidón usado para hacer crema pastelera otorga alta densidad,

estabilidad al frío y controla la sinéresis.

Dulcería: el almidón junto con el azúcar actúan como fijadores de sabor.

Carnes: el almidón incrementa de retención de agua. Estas carnes reciben el nombre de

carnes emulsificadas. (QSI, 2012)

13

7. BIBLIOGRAFIA

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14

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15

CAPITULO II

16

EXTRACCIÓN Y CARACTERIZACIÓN PARCIAL DE DIFERENTES ALMIDONES

NATIVOS DE FUENTES NO TRADICIONALES CULTIVADOS EN SANTA CRUZ,

BOLIVIA

Extraction and partial characterization of different non-traditional sources of starches

growing in Santa Cruz, Bolivia

Noelia Ximena Olguin-Arancibia1

Abel González-Galán2

1 Licenciada Bioquímica con la Mención de Bromatología de la Carrera de Bioquímica –

FCFB -UAGRM

2 Doctor en Ciencias de los Alimentos. Docente – Tutor. Coordinador del Laboratorio de

Bromatología y Nutrición. IIFCFB UAGRM

Correo para correspondencia: [email protected]

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RESUMEN

En virtud de que las fuentes convencionales más importantes para la extracción de almidón son los granos de cereales como el maíz, trigo, arroz y sorgo; tubérculos como la papa, yuca, boniato y sagú; encontrándose también en hojas, semillas de leguminosas y frutas (Betancur-Ancona et al., 2004). Según la FAO la tendencia actual es buscar fuentes no convencionales como alternativas para obtener almidones que presenten diversas características fisicoquímicas, estructurales y funcionales, que amplíen la gama de usos en la industria, por tanto es necesario buscar nuevas fuentes de extracción, ya que con una producción mundial de 48,5 millones de ton/año (Faostat, 2001), existe una demanda insatisfecha del mismo. Las materias primas utilizadas fueron el plátano "macho" (Musa paradisiaca L.), manga “rosita” (Mangifera indica L.), camote (Ipomoea batatas L.) y oca (Oxalis tuberosa). Por lo antes expuesto, los objetivos de esta investigación fueron aislar y purificar el almidón de la pulpa comestible de las diferentes muestras, y evaluar la composición química, características físicas y algunas propiedades funcionales de los almidones extraídos. Se obtuvo un mayor rendimiento en la extracción de almidón de camote con 12,98% seguido de almidón de plátano con 10,96 %, Oca 5,74 % y el menor rendimiento para la manga con 1,46 %. En cuanto a las propiedades funcionales se observó que el almidón de oca obtuvo los mejores resultados en cuanto a %SS, AA y PH, con relación a los demás almidones analizados. A través de la micrografía se pudo determinar la temperatura de gelatinización que para el camote, manga y plátano comienza a partir de los 70oC, la oca a partir de los 60oC. En la prueba de color se determinó que el almidón de camote presento mayor luminosidad.

Palabras Claves: almidón nativo, extracción, capacidad funcional, gelatinización, micrografía.

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SUMARY

It is well known that the more important conventional sources of starch are cereal grains such

as corn, wheat, rice and sorghum; tubers, such as potato, cassava, sweet potato and sago; is

also being found in leaves, seeds of legumes and fruits (Betancur-Ancona et al., 2004).

According to FAO the current tendency is to look for unconventional sources as an alternative

to obtain starches with several physicochemical, structural and functional characteristics,

which will extend its range of uses in the industry. It is therefore necessary to seek new

methods of starch extraction, as with a global production of 48.5 million ton/year (FAOSTAT,

2001), there is an unmet demand for its. The raw materials used were banana (Musa

paradisiaca L.), manga "Rosita" (Mangifera indica L.), sweet potato (Ipomoea batatas L.) and

oca (Oxalis tuberosa). The objectives of this research were to isolate and purify the starch

from the edible pulp of the different samples, and evaluate the chemical composition, physical

characteristics and some functional properties of the starches extracted. The largest yield in the

extraction of starch was obtained with sweet potato with 12.98 % followed by banana with

10.96 %, Oca 5.74 % and manga with 1.46%. Regarding the functional properties, the starch

from oca showed the best results in terms of %SS, WA and SP, when compared to the other

starches analyzed. By means of the micrograph, the gelatinization temperature could be

determined as starting at 70°C for sweet potato, banana and manga and at 60°C for oca. It was

determined that the sweet potato starch presented greater luminosity in the color test.

Key words: native starch, extraction, functional capacity, gelatinization, micrograph

19

INTRODUCIÓN



empaques biodegradables (Zhao; Whistler, 1994).



Las fuentes potenciales más importantes de almidones son los granos de cereales (40-90% de








de desarrollar un color azul por la formación de un complejo con el yodo (Knutzon y Grove,

1994). Mientras que la amilopectina es un polímero ramificado de unidades de glucosa unidas

en un 94-96% por enlaces α (1-4) y en un 4-6% con uniones α (1-6). Dichas ramificaciones se

localizan aproximadamente a cada 15-25 unidades de glucosa. La amilopectina es

parcialmente soluble en agua caliente y en presencia de yodo produce un color rojizo violeta

(Guan y Hanna, 2004).

20



estructuras granular y molecular (Wang y White, 1994). Las propiedades más importantes a

considerar para determinar la utilización del almidón en la elaboración de alimentos y otras



reológico de sus pastas y geles (Wang y White, 1994).

MATERIALES Y MÉTODOS

Materia prima

Las diferentes muestras como ser camote, oca, plátano, aproximadamente 2 kilos, se

compraron en el mercado “Abasto” (Santa Cruz), a un mismo proveedor a fin de minimizar la

posibilidad de mezclas de variedades y la manga fue recolectada del Balneario “Cupuazú”,

ubicado en la Av. Montecristo, casa Nº 325. Solo se procesaron aquellas muestras libres de

daño microbiológico y físico.

El presente trabajo de investigación es de tipo experimental, prospectivo y transversal,

realizados en un período de 3 meses, en las instalaciones del Instituto de Investigación de la

Facultad de Ciencias Farmacéuticas y Bioquímicas (IICFB) de la Universidad Autónoma

Gabriel René Moreno, Santa cruz-Bolivia.

21

EXTRACCIÓN DE ALMIDÓN (Dadzie, B.K. & Orchard J.E., 1997, con modificaciones

de Olguin, N.X. & González, A.)

Se realizó la selección eliminando los frutos y tubérculos que presentan daño por hongos,

insectos o daño mecánico. Se remojaron en una solución de 10 ppm de Cloro en agua, durante

5 minutos. Los frutos se lavaron con abundante agua potable, para eliminar el Cloro y algunas

impurezas. Las muestras remojadas, se pelaron en forma manual, retirando la cubierta, luego

se colocaron en una solución de Metabisulfito de sodio. Con una licuadora Osterizer de

cocina, se licuaron los frutos en combinación con agua en una proporción 1:1 (fruto: agua),

por 5 minutos, lo que originó una masa húmeda constituida por, fibra, proteína y almidón. Se

incorporó 1 litro de agua con agitación manual durante 5 minutos. El resultado de la primera

molienda se hizo pasar 3 veces a través de un tamiz comercial (marca Retsch), de 200

micrones dejando pasar proteínas, fibra fina y almidón.

En esta operación se incorporaron 2 litros de agua, para arrastrar la mayor cantidad de almidón

contenido en la masa húmeda, esta última operación se hace al final de cada tamizado. En

forma paralela se volvió a licuar el material que pasó a través del tamiz, para dividir aún más

la matriz que contiene a los gránulos de almidón. Posteriormente se hace pasar a través de un

tamiz de 150 micrones, reteniendo la fibra gruesa, dejando pasar proteínas, fibra fina y

almidón. Se deja reposar en baño de hielo durante 3 horas.

Se eliminó el sobrenadante por sifoneo y se resuspendió el sedimento en 1 litro de agua, con

agitación manual durante 5 minutos. Se realiza un nuevo tamizado en un tamiz de 100

micrones para retener la fibra fina, y solo los gránulos de almidón y proteínas pasan. Se dejó

22

reposar el resultado del tamizado de 100 micrones durante 15 horas, de esta manera se

separaran el agua y los taninos solubles. Una vez, que se retiraron por medio de lavados los

taninos y proteínas aun presente, se dejó secar en horno de aire a 50-60°C. Se molió en

mortero el almidón seco, para su posterior análisis. Se utilizó agua normal.

Figura 1. FLUJOGRAMA DE EXTRACCIÓN DE ALMIDÓN:

Último tamizado en

150 µm

Selección de la materia prima

Tamizado en 200 µm

(3 veces)

Pelado y picado

Licuado

Lavado

Reposo en baño de hielo (3 hrs.)

Resuspensión de sedimento

Tamizado en

Secado

Molido

Envasado

23

Una vez obtenido el almidón se calculó el rendimiento mediante la siguiente fórmula:

Rendimiento % = Almidón obtenido (g) Pulpa comestible (g)

𝑋𝑋 100

ANÁLISIS DE LA COMPOSICIÓN CENTESIMAL

Composición Centesimal: Para la composición Centesimal de los almidones nativos se

utilizaron los métodos propuestos por el INLASA para % de Humedad. % Cenizas, % de

Proteínas, % de Lípidos y % de Glúcidos Totales.

Los resultados de glúcidos totales % en almidón se multiplicaron por el factor 0.9 y para

Proteínas por el factor 6.25.

ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES FUNCIONALES

Poder de hinchamiento, solubilidad y absorción de agua

Se realizó según Schoch y Anderson con ciertas modificaciones de Araujo, Rincón y Padilla

(2004): en un rango de temperatura de 60ºC a 90ºC, 4 g de almidón fueron trasvasados

cuantitativamente con 200 ml de agua a un balón de 500 ml de tres bocas, dentro del cual se

introdujo un agitador magnético. En la boca central del balón se conectó un refrigerante y

en una de las otras dos bocas un termómetro, a la tercera abertura se le coloca un tapón que

puede ser removido durante el análisis. El balón se colocó sobre una plancha de

calentamiento con agitación. El termostato fue ajustado de tal manera que la temperatura

aumentara 1,5°C/min y se agitó a una velocidad constante, que permitiera mantener el

24

almidón en suspensión durante el calentamiento. A intervalos de 5 min, entre 60°C y 90°C

se tomaron alícuotas de 10 ml de la suspensión, colocándolas en tubos de centrifuga

previamente pesados. Los tubos de centrifuga con la alícuota a temperatura ambiente son

nuevamente pesados (A). Se centrifugó a 2200 rpm. en una centrifuga marca Presvac

durante 15 min.

El líquido sobrenadante se decantó en cápsulas de vidrio previamente taradas. Las cápsulas

fueron secadas en estufa de secado a 60°C marca Binder hasta peso constante, colocadas en

desecador y pesadas (b). Los tubos de centrifuga con el residuo fueron también pesados (a).

Se realizaron los siguientes cálculos:

W1 = % almidón en base seca en la suspensión

W1 = (Peso almidón en base seca (g) x 100

Peso almidón en base humedad (g) + 200)

W2 = almidón en cada alícuota

W2 = A x W1

100

W3 = almidón residual en el sedimento de cada alícuota

W3 = W2 – b

% SS (% Sólidos solubles (g / g almidón)) = (b / W2) x 100

AA (agua absorbida g / g almidón) = a - W3 / W3

PH (Poder de Hinchamiento) = a x 100 / W2 x (100 - % SS)

A = peso de alícuota (g)

25

a = peso del sedimento en el tubo

b = peso del residuo en la cápsula

CARACTERIZACIÓN FÍSICA

Micrografía

Se realizó una dispersión de almidón al 1% (p/p), que fue sometida a diferentes temperaturas

de 50-90oC, con agitación constante y observando la morfología de los gránulos a cada una de

las temperaturas, realizado en un microscopio marca (Boeco BM 2000).

Color

La determinación de color fue realizada con el aparato colorímetro marca Minolta, modelo

Chroma meter CR–3000 (Japón), sistema CIELAB Color Space, por reflectancia. Los

parámetros de color medidos con relación a la placa de color blanca (L=97,02; a= 0,04;

b=2,02), fueron: Luminosidad (L) (que varía del color negro (0) al color blanco (100); a* que

varía de color verde (-60) a rojo (+60); b* que varía de color azul (-60) a amarillo (+60).

Los resultados fueron expresados en valores de L, a*, b*. Fotos del equipo utilizado se

encuentra en los laboratorios de la Empresa Princesa.

Análisis Estadísticos

Se realizó un diseño completamente aleatorizado, con 4 tratamientos y 2 repeticiones. El

análisis estadístico de los resultados para la composición centesimal fue realizado con el

programa computacional SISVAR versión 4.6 (build 62). Cuando el análisis de varianza

26

mostró diferencia significativa, se hizo la comparación entre medias por la prueba de Tukey, a

5 % de probabilidad (FERREIRA, 2000).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La Tabla I muestra los resultados del rendimiento en la obtención del almidón extraídas de las

diferentes fuentes. Se puede apreciar que el camote (Ipomoea batatas L.), posee el mayor

rendimiento, seguido del plátano "macho" (Musa paradisiaca L.), oca (Oxalis tuberosa),

quedando con el menor rendimiento la manga “rosita” (MangIfera indica L.).

TABLA I. Rendimiento de la extracción de almidón

Fuente: Elaboración Propia. IIFCFB, UAGRM-2013

Pérez; Pacheco (2005), reportaron un rendimiento de 11,45%, para el caso de la extracción

del almidón de camote en Perú. El rendimiento del almidón de camote evaluado en este

estudio (12.98%), fue mayor al reportado en Perú.

La Tabla II muestra los resultados del análisis químico de los diferentes almidones aislados.

Bajo condiciones atmosféricas normales, muchos almidones comerciales nativos contienen

Muestra Pulpa comestible (g)

Almidón obtenido (g)

Rendimiento (%)

Plátano 1033.68 113.34 10.96

Manga 1806.76 26.45 1.46

Camote 2160.62 280.59 12.98

Oca 1273.35 73.104 5.74

27

entre 10 y 20 % de humedad (Takeda et al., 1986). La humedad en almidones típicamente se

equilibra a 12% de humedad (Thomas et al. 1999).

García y Raleigh (1998), reportan un contenido de humedad entre 9,81 y 14,32% en almidón

extraído de diferentes variedades de batata peruana. La humedad del almidón de camote

evaluado en este estudio (8,03%), es menor al rango mencionado anteriormente. Estos valores

de humedad son los adecuados para lograr un mayor y estable período de almacenamiento, ya

que a estos valores, el desarrollo microbiano es muy lento (Jay, J.M, 1996).

Madhusudhan et al. (1993), reportan entre 0,05 a 0,15 % de proteína en el almidón aislado de

diferentes variedades de batatas. De igual manera (García y Raleigh, 1998), sin embargo,

reportan hasta 0,30% de proteína en el almidón de algunas variedades de batata peruanas. El

contenido de proteína para el almidón de camote analizado en este estudio (0,37%), se

encuentra un poco elevado en relación a lo establecido en la bibliografía mencionada

anteriormente.

TABLA II. Composición Centesimal de los almidones de diferentes fuentes

*Letras diferentes en la misma columna indica diferencia significativa a p<0,05; 1Betancur (2001), 2 Hernández-Medina et al. (2008)


Muestra Humedad % Cenizas % Proteínas % Lípidos % ENN %

Plátano 10.96 a 0.27 c 2.00 b 0.57 d 86.20 c

Manga 11.11 a 0.74 a 6.37 a 2.39 a 79.39 d

Camote 8.03 b 0.31b 0.37 d 1.13 b 90.16 a

Oca 10.84 a 0.18 d 1.33c 0.89 c 86.76 b

Papa1 19 0.40 0.06 0.05 80.58

Maíz1 9.9 0.06 0.10 0.35 89.13

Camote2 9.48 0.26 0.22 0.31 89.55

28

Como se puede observar los valores obtenidos para la composición centesimal de los

diferentes almidones presentan valores similares a los reportados por en otras investigaciones,

como es el caso del camote que presenta valores muy parecidos a los reportados por

Hernández-Medina et al (2008). Comparando los resultados presentados en este estudio con

los obtenidos para papa y Maíz, los valores para ceniza, proteína y lípidos son mayores, esto

debido probablemente a la diferencia de métodos de extracción, aunque no hayamos

encontrado literatura específica para compararlos.

Existen reportes de contenido de ceniza en el almidón de batata, para diferentes especies, que

muestran valores entre 0,17 y 1,78 % (García y Raleigh, 1998). Las cenizas del almidón de

camote evaluado en este estudio (0,31%), se encuentran en el rango mencionado

anteriormente.

El almidón de manga es el que presento los mayores valores para cada uno de los parámetros

de la composición centesimal, por ende es el que presenta menor valor de ENN.

La tabla III muestra los resultados de glúcidos totales y almidón. La manga presentó mayor

porcentaje glúcidos (83.19%), seguido del camote (72.62%), plátano (72.48%) y por último la

oca (64.39%) manteniendo la misma relación para el porcentaje de almidón.

29

TABLA III. Valores de Glúcidos Totales y almidón de diferentes fuentes

*Letras diferentes en la misma columna indica diferencia significativa a p<0,05; 1Betancur (2001), 2 Hernández-Medina et al. (2008) **Glúcidos % x 0,9


ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES FUNCIONALES

Los resultados de las propiedades funcionales se muestran en las Figuras 2, 3 y 4 con sus

respectivos gráficos de regresión donde se puede observar la ecuación de la curva lineal y su

valor de R2.

Figura 2. % Sólidos solubles (%SS)

y = 0,2876x - 14,822 R² = 0,9431

y = 0,1389x + 0,6837 R² = 0,9401

y = 0,2056x - 11,362 R² = 0,9804

y = 0,3643x - 21,09 R² = 0,9934

0

2

4

6

8

10

12

14

55 60 65 70 75 80 85 90 95

% SS Camote

% SS Oca

% SS Mango

% SS Platano

Muestra Glúcidos %* Almidón %**

Plátano 72.48 ab 65.23 ab

Manga 83.19 a 74.87 a

Camote 72.62 ab 65.35 ab

Oca 64.39 b 57.95 b

30

Se puede observar que el porcentaje de sólidos solubles de los almidones analizados presentan

un incremento con respecto al aumento de temperatura. El %SS fue significativamente mayor

en el almidón de Oca con respecto a los demás almidones a partir de 70ºC (Figura 2).

Figura 3. Absorción de Agua (AA)

Se observó un perfil de incremento en los valores de absorción de agua (AA) en respuesta al

aumento de temperatura para todas las muestras. La AA fue significativamente mayor en el

almidón de Oca con respecto a los demás almidones a partir de 70ºC (Figura 3). Este

comportamiento indica una propiedad funcional deseable en los almidones a emplearse en la

formulación de pastas. En el desarrollo de películas comestibles la AA es un parámetro

importante, ya que indica la capacidad del polímero para interactuar con el agua de

solvatación y es una medida indirecta de las características físicas (consistencia) de la

dispersión formada (Crosbie, 1991).

y = 0,9384x - 51,727 R² = 0,9687

y = 0,7763x - 28,059 R² = 0,9468

y = 0,5908x - 35,088 R² = 0,9674

y = 0,4714x - 25,506 R² = 0,9405

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

55 60 65 70 75 80 85 90 95

AA Camote

AA Oca

AA Mango

AA Platano

31

Figura 4. Poder de Hinchamiento (PH)

El poder de hinchamiento de los almidones obtenidos de diferentes fuentes se muestran en la

Figura 4. El almidón de oca presentó los mayores valores para este parámetro entre 80 y 85ºC.

En todos los casos se observó un incremento de hinchamiento en los gránulos de almidón

desde 50 hasta 90ºC.

Micrografías

Los resultados para la micrografía se muestran en las figuras 5 a 8.

y = 0,9384x - 50,727 R² = 0,9687

y = 1,0309x - 44,46 R² = 0,8916

y = 0,5909x - 34,094 R² = 0,9674

y = 0,4714x - 24,509 R² = 0,9403

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

55 60 65 70 75 80 85 90 95

PHCamotePH Oca

PH Mango

32

Figura 5. Gránulos de almidón de plátano. Figura 6. Gránulos de almidón de manga.

Se observó que el gránulo de almidón de plátano presenta una forma ovalada irregular y una

temperatura de gelatinización a partir de los 70oC. El gránulo de almidón de manga presenta

una forma ligeramente esférica (elipsoidal), con una temperatura de gelatinización a partir de

los 70oC.

Figura 7. Gránulos de almidón de camote. Figura 8. Gránulos de almidón de oca.

33

Se observó que el gránulo de almidón de camote presenta una forma esférica, presenta una

temperatura de gelatinización a partir de los 70oC. El gránulo de almidón de oca presenta una

forma ovalada, y su temperatura de gelatinización fue a partir de 60oC

Los resultados para la prueba de color se presentan en la Tabla VII.

TABLA VII. Color de los almidones de diferentes fuentes

Fuente: Elaboración propia. IIFCFB – UAGRM–2013

Como se puede observar el almidón de camote es el que presenta la mayor luminosidad,

seguido del almidón de oca y menor tendencia al verde y al amarillo lo que le da una

característica de mayor blancura. Ya para el plátano y la manga presentaron menor

luminosidad y una mayor tendencia hacia el amarillo lo que le confiere una tonalidad con

tendencia al color crema.

Sánchez Rivera (2004), en su trabajo de maestría obtuvo almidón de plátano nativo con un

valor de luminosidad de 81,53 lo que se compara al obtenido en este estudio.

Palomino, Molina y Pérez (2010) estudiando como fuente de almidón el ocumo chino y ocumo

criollo reportaron valores de L para el ocumo chino muy próximos (93,27) a los encontrados

en este estudio para camote y oca. Para el ocumo criollo (84,96) que tiene más similitud

comparándolo al del almidón de plátano y manga.

Muestra L a* b*

Plátano 82,23 -1,11 10,52

Manga 80,13 -4,05 9,36

Camote 95,46 -1,26 1,36

Oca 92,68 -1,04 1,84

34

CONCLUSIÓN

Se logró la extracción de almidón de las diferentes fuentes como ser la manga, el camote, la

oca y el plátano.

El análisis químico realizado reportó que el almidón de manga posee los mayores porcentajes

de cada una de las pruebas realizadas.

Con relación a las propiedades funcionales se observó que el almidón de oca fue

significativamente mayor con respecto a los demás almidones en las pruebas realizadas, en el

caso del % SS fue a partir de 70ºC, en cuanto al Poder de Hinchamiento entre 80 y 85ºC y la

AA fue mayor a partir de 70ºC.

Mediante las pruebas físicas se logró observar la morfología de los gránulos de los diferentes

almidones extraídos. La prueba de color reportó que el almidón de camote presenta la mayor

luminosidad, seguido del almidón de oca y menor tendencia al verde y al amarillo lo que le da

una característica de mayor blancura.

AGRADECIMIENTO

Al Instituto de Investigación de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas y Bioquímicas de la

UAGRM por el financiamiento otorgado para la realización de este proyecto.

35

REFERENCIAS

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36

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38

CAPITULO III

39

MODIFICACIÓN DE ALMIDÓN NATIVO DE CAMOTE (Ipomoeba batata) POR

MEDIO DE PRE-GELATINIZADO Y OXIDACIÓN

Native sweet potato (Ipomoeba batata) starch modification by using oxidation and

pre-gelatinization

EDWIN LOAYZA-SILES1

ABEL GONZÁLEZ-GALÁN2

1 Licenciado en Bioquímica con la Mención de Bromatología de la Carrera de Bioquímica –

FCFB – UAGRM 2 Doctor en Ciencias de los Alimentos. Docente- Investigador. Coordinador del Laboratorio de

Bromatología y Nutrición. IIFCFB - UAGRM Correo para correspondencia: [email protected]

40

Resumen

La modificación de los almidones en la industria ha retomado fuerza ya que el almidón nativo

por sí mismo confiere algunas propiedades físicas a los alimentos o productos que se elaboren

con el mismo, pero estas características muchas veces se ven limitadas a la demanda de los

requerimientos del producto para subsanar este límite se recurre a la modificación del almidón

nativo por algún método dándole así un aumento y mejora de sus propiedades funcionales

otorgando así mejores cualidades del producto final que se requiera elaborar. La modificación

del almidón para su uso en la industria, se ha estado explayando debido a que tiene un bajo

costo y mucha utilidad con los avances tecnológicos sobre la elaboración de alimentos y

subproductos de los mismos para utilidades no solo alimentarias. En el presente trabajo se

realizara una comparación de los distintos tipos de almidones modificados para poder así

caracterizarlos conforme al cual presenta mayor utilidad. El objetivo de este trabajo es lograr

modificar almidón nativo de camote por oxidación y pre-gelatinización para evaluar las

características funcionales, físicas de los almidones modificados, aprovechar su utilidad y

estudiar los cambios físicos y funcionales de los mismos. Se realizó la modificación del

almidón nativo de camote (Ipomoea batatas L.) por medio de oxidación a distintas

concentraciones (0.05%,0.10%,0.15% de Permanganato de potasio) y pre-gelatinización

donde se le realizaron análisis de sus propiedades funcionales como temperatura de

gelatinización, el poder de hinchamiento (PH) y absorción de agua (AA) y micrografía de la

gelatinización de los mismos. Los resultados indican que el almidón pre-gelatinizado presentó

una temperatura final de gelatinización de 85°C y una viscosidad muy baja comparando con

los otros almidones modificados que a su vez son menores que la del almidón nativo de

camote. De los almidones oxidados el que presento la temperatura final más baja de

gelatinización fue con una concentración de 0,15% de permanganato. Con relación al poder de

hinchamiento y absorción de agua se destaca el almidón oxidado al 0,10%. Con relación al

congelamiento, los almidones presentaron muy poca pérdida de agua, a diferencia de la

conservación bajo refrigeración donde el almidón nativo presento una pérdida de

aproximadamente 44,32% seguido por el almidón pregelatinizado con 20,85%. Los almidones

oxidados resistieron los 3 ciclos de congelación con una perdida mínima. Las modificaciones

41

realizadas al almidón nativo de camote pueden ser de mucha utilidad en la industria de

alimentos y farmacéutica.

Palabras Claves: almidón modificado, gelatinización, poder de hinchamiento, sinéresis

Introducción:

El almidón lo clasificaremos para una mejor comprensión en almidón nativo y almidón

modificado.

Según Meneses et al. 2007, el almidón es un polímero natural cuyos gránulos consisten en

estructuras macromoleculares ordenadas en capas y cuyas características en cuanto a

composición, cantidad y forma varían de acuerdo con el tipo de fuente de la que provenga. En

pocas palabras almidón nativo es el almidón propiamente dicho extraído de la fuente sin

modificarlo. Los almidones nativos se utilizan porque regulan y estabilizan la textura de los

alimentos y por sus propiedades espesantes y gelificantes.

Sin embargo, la estructura nativa del almidón a veces resulta poco eficiente, ya que ciertas

condiciones de los procesos tecnológicos, como temperatura, pH y presión, reducen su uso en

aplicaciones industriales al provocar una baja resistencia a esfuerzos de corte, descomposición

térmica, alto nivel de retrogradación y sinéresis (Amani et al., 2005).

Los almidones naturales pueden modificarse químicamente para producir cambios físicos que

contribuyen a la estabilidad, apariencia, comodidad y funcionamiento en la preparación de los

alimentos (Guevara, 2014). A continuación se describe algunos ejemplos de almidones

modificados utilizados en la elaboración de alimentos:

Almidón pre-gelatinizado: El almidón puede modificarse por medios físicos con la

finalidad de convertirlos en almidón pre-gelatinizados. Estos almidones a nivel

industria son llamados pre-geles o almidones instantáneos. Actualmente estos

almidones son muy usados en las diferentes industrias por las propiedades que pueden

42

proveer a productos alimenticios y farmacéuticos, mejorando las características de

viscosidad y textura (Manrique-Quevedo, 2009)

Estos almidones tienen la propiedad de que pueden dispersarse en agua fría sin

necesidad de someterse a cocción. Pueden utilizarse como aditivos estabilizantes,

retenedores de humedad y espesantes. (Martínez-Bustos et al., 2005). En la industria

farmacéutica se utiliza para diluir, para aglutinar, lubricar o desintegrar diversos

productos sólidos, elaboración de cremas o lociones de uso dermatológico.

(Bagalopalan et al., 1988)

Almidón oxidado: Es un almidón que sido oxidado. como modificación química, pues

al llevarse a cabo la oxidación en medio ácido, conjuntamente con la oxidación se

produce parcialmente la hidrólisis de éste. Esto trae como consecuencia una

disminución del peso molecular, con la consecuente disminución de la viscosidad,

aumento de la transparencia de los geles, aumento del poder hidrofílico y disminución

de la retrogradación. Esta variación de las propiedades, sugiere la posibilidad de la

utilización de esta modificación de almidón como agente aglutinante en tabletas. Por

otro lado, del análisis de correlación lineal entre el contenido de grupos carbonilos y

carboxilos con la viscosidad, la capacidad de hinchamiento y la temperatura de

gelatinización, se pudo comprobar que la presencia de grupos carboxilos al ser

minoritaria, tiene un efecto menos marcado sobre las propiedades del almidón. (DÍAZ-

MOLINA, M. y CARRERAS-COLLAZO, 1999)

Después de la viscosidad, la cualidad estética más importante de las pastas y geles de almidón

es su apariencia visual que se considera por su claridad, transparencia u opacidad. Por

ejemplo, en casos en que el almidón es usado como agente espesante en salsas y aderezos, la

opacidad es deseable ya que resalta el color brillante de los productos. Pero en otros casos una

máxima transparencia es deseable. En general, la claridad de las pastas y geles está

relacionada con el estado de dispersión de los solutos y la tendencia a retrogradar del almidón.

Esta propiedad se mide por la capacidad que tengan las pastas o geles de almidón para

transmitir la luz cuando son sometidos al paso de un haz radiante (CYTED, 2000). 43

Usos de los almidones modificados

Quesos: Con la introducción de almidón en reemplazo de la caseína hay ahorros

importantes de dinero y no se requieren cambios al proceso de producción. Además de

darle una excelente apariencia al queso y un mejoramiento en la firmeza.

Mayonesa y salsas: El almidón actúa como un emulsificante. Con ese producto y el 80%

del aceite vegetal se puede fabricar mayonesa o salsas para ensalada.

Crema pastelera: El almidón usado para hacer crema pastelera otorga alta densidad,

estabilidad al frío y controla la sinéresis.

Dulcería: el almidón junto con el azúcar actúan como fijadores de sabor.

Carnes: el almidón incrementa de retención de agua. Estas carnes reciben el nombre de

carnes emulsificadas.(QSI, 2012)

MATERIALES Y MÉTODOS

MÉTODOS DE OBTENCIÓN DE ALMIDONES MODIFICADOS

El almidón nativo se aisló de frutos de camote (Ipomoea batata) usando un procedimiento a

escala planta piloto (Olguín Arancibia y González Galán, 2013). (Anexo 1).

Almidón Pre-gelatinizado

Se prepara en un recipiente una solución de almidón al 5%, esta solución se calentó hasta la

formación de gel, luego se puso a secar en una estufa de secado binder a 60 °C. Una vez

secado se procede a triturar hasta polvo fino y se cernió en un cernidor de 100 µm.

Almidón oxidado.

Se realizó según metodología de Díaz-Molina y Carreras-Collazo (1999) con ciertas

modificaciones, en un beaker de 600 mL se preparó una suspensión acuosa de almidón nativo

al 30-50 % de concentración y se colocó en un baño de agua Dubnoff termostatado Marca

Quimis modelo MLW, ajustándose la temperatura a 35 °C. Se mantuvo con agitación

mecánica constante con agitador modelo RM3T, a una velocidad de 600 r. p.m. En estas

44

condiciones, se añadió ácido sulfúrico al 30 % hasta un pH=1, añadiéndose entonces la

cantidad de permanganato de potasio seleccionada (0,05-0,15 %). Transcurrido el tiempo de

reacción (1-3 horas) se ajustó el pH con una solución de hidróxido de sodio al 3 % a un valor

entre 5 y 6; la suspensión se filtró al vacío, y al sólido recolectado se le añadió 200 mL de

solución de metabisulfito de sodio al 5 %, dejándolo en agitación durante 15 min. Se filtró y

luego se lavó 3 veces con agua destilada y finalmente la torta húmeda se secó en estufa con

circulación de aire a 60 °C. Se trituro y se cernió por un cernidor de 100 um.

Poder de hinchamiento, solubilidad y absorción de agua

Se realizó según Schoch y Anderson (año) con ciertas modificaciones de Araujo, Rincón y

Padilla (2004), a las cuales se le hicieron algunas modificaciones. 4 g de almidón fueron

trasvasados cuantitativamente con 200 ml de agua a un balón de 500 ml de tres bocas, dentro

del cual se introdujo un agitador magnético. En la boca central del balón se conectó un

refrigerante y en una de las otras dos bocas un termómetro, a la tercera abertura se le coloca

un tapón que puede ser removido durante el análisis. El balón se colocó sobre una plancha de

calentamiento con agitación. El termostato fue ajustado y se agitó a una velocidad constante,

que permitiera mantener el almidón en suspensión durante el calentamiento. A intervalos de 5

°C. Entre 60°C y 95°C se tomaron alícuotas de 10 ml de la suspensión, colocándolas en tubos

de centrifuga previamente pesados. Los tubos de centrifuga con la alícuota a temperatura

ambiente son nuevamente pesados (A). Se centrifugó a 2200 rpm. En una centrifuga Presvac

DCS-16-rv. Durante 15 min. El líquido sobrenadante se decantó en cajas petris previamente

taradas. Las cajas fueron secadas en estufa blinder a 60°C hasta peso constante, colocadas en

desecador a vacío y pesadas (b). Los tubos de centrifuga con el residuo fueron también

pesados (a). Se realizaron los siguientes cálculos:

W1 = % almidón en base seca en la suspensión

W1 = (Peso almidón en base seca (g) / Peso almidón en base humedad (g)

+ 200) x 100

W2 = almidón en cada alícuota

W2 = A x W1 / 100

45

W3 = almidón residual en el sedimento de cada alícuota

W3 = W2 - b

% SS (% Sólidos solubles (g / g almidón)) = (b / W2) x 100

AA (agua absorbida g / g almidón) = a - W3 / W3

PH (Poder de Hinchamiento) = a x 100 / W2 x (100 - % SS)

A = peso de alícuota (g)

a = peso del sedimento en el tubo

b = peso del residuo en la cápsula

Humedad

Para determinar la humedad se utilizo el analizador de humedad MAC 110/NH de la marca

RADWAG mediante el siguiente proceso:

Una vez estabilizado el equipo se procedió al pesaje de los platillos del equipo cuando el

equipo lo indica se tara a 0, se le añadió 2 gr. de muestra, se cerró la tapa y espero el análisis.

Esta prueba se realizó haciendo duplicado por muestra.

Micrografía

Se preparó una solución de almidón en un vaso precipitado de 600 ml formado por 5 gr. De

almidón y 95 ml de agua esta solución se calentó en una hornilla eléctrica se controlo la

temperatura con un termómetro, a partir de los 50 °C. Se toma una muestra y se observa bajo

el microscopio con un objetivo de 40X la estructura del granulo de almidón se repitió este

proceso cada 5 °C hasta que haya formación de gel, también se realiza la apreciación visual de

la formación del gel y se compara con la temperatura para comparar resultados.

Viscosidad:

Para la determinación de la viscosidad de los geles de los diferentes almidones se elaboraron

soluciones al 1%, las cuales fueron calentadas hasta la formación y luego enfriadas hasta 25°C

para medir su viscosidad utilizando equipo Fungilab modelo alpha serie utilizando los husillos

46

L2: pregelatinizado, L3: oxidado 0.15%, L4: oxidado 0.05%,0.10% y nativo. Los resultados

se presentan como la media de dos medidas consecutivas expresadas en °centipoise (cP).

Estabilidad y claridad de las pastas de almidón

Se midió la estabilidad y la claridad de las pastas de almidón a temperatura ambiente y a 4°C.

Para ello se suspendieron 0.2 g de una muestra de almidón en 5 mL de agua utilizando tubos

de ensayo con tapa, los cuales fueron colocados en un baño de agua a ebullición por 30 min.

Los tubos se agitaron vigorosamente cada 5 min. Después de enfriar a la temperatura

ambiente, se determinó el porcentaje de transmitancia (%T) a 650 nm en un Espectrofotómetro

visible marca BOECO con rango de longitud de onda 198-1000nm modelo S-30 utilizando

agua como testigo. Las muestras por duplicado fueron colocadas a temperatura ambiente para

ser medida el % de Transmitancia.

Estabilidad a la refrigeración y congelación

La estabilidad a la refrigeración y congelación (sinéresis) se evaluó por una modificación del

método de Eliasson y Ryang (1992) en el cual se prepararon suspensiones al 9% de almidón,

calentadas a 92 °C por 30 minutos con agitación constante, luego se almacenaron a una

temperatura de refrigeración de 4 °C y de congelación a -18 °C durante 3 días que

correspondieron a 3 ciclos. En cada ciclo se descongelaron las muestras y se centrifugaron

durante 20 minutos a 3.000 rpm en una macro-centrífuga de laboratorio marca Rolco modelo

CM2036 y se les determinó el porcentaje de pérdida de agua por ciclo.

Análisis de datos

Para el análisis de los datos obtenidos, se realizó un estudio completamente aleatorio, en

donde se obtienen promedio de dos repeticiones en cada análisis realizado, y representación en

forma de curvas y columnas donde fuera necesario su explicación.

Para la prueba de estabilidad al frio y congelación se utilizaron los 5 tipos de almidones

(Nativo, Pregelatinizado, oxidado al 0,05%, 0,10% y 0,15%), dos tipos de conservación

(Refrigeración a 4°C y Congelación a -18°C), 3 tiempos (24 hrs, 48 hrs, 72 hrs) y dos

repeticiones. Con los resultados obtenidos se sometieron al análisis de varianza y la prueba de

47

Tukey al 5% de probabilidad, para comparar las medias utilizando el programa computacional

SISVAR versión 4.6 (build 62) (Ferreira, 2000).

RESULTADOS

En la Tabla I se presentan los resultados de humedad presentados por los diferentes almidones

obtenidos.

Tabla I. Resultados de humedad del almidón nativo y los modificados

NATIVO* PREGELATI-NIZADO

OXIDADO 0.05%

OXIDADO 0.10%

OXIDADO 0.15%

8.03% 12.04% 15.33% 15.55% 14.40% Fuente: Elaboración Propia. IIFCFB, UAGRM-2014 *Olguín Arancibia y González Galán, 2013. Los resultados para la humedad indican un aumento de la misma para los diferentes almidones

modificados comparando con el almidón nativo, igual resultado indicaron Rincón et al (2007)

para almidones nativos y modificados de semillas de Artacarpus altilis (árbol del pan) donde

los almidones modificados presentaron valores mayores de humedad.

Según Zamudio-Flores et al. (2010), trabajando con almidón de plátano encontraron que el

contenido de humedad fue 8.3 % (almidón nativo) y 13.1 % para el almidón oxidado con 1.5

% de cloro activo. El contenido de humedad incrementó al aumentar el nivel de oxidación del

almidón.

Este comportamiento se relaciona con el aumento en el carácter hidrofílico debido a la

oxidación (Adebowale et al., 2002).

Los almidones modificados se encontraban en los rangos aceptables de humedad normal que

es de 15-16%.

En la Tabla II. Se presenta los resultados obtenidos en la determinación de la temperatura de

gelatinización.

La gelatinización del almidón por calentamiento en medio acuoso es un fenómeno bien

conocido, durante el cual los gránulos pierden su semicristalinidad y se hinchan. (Konishi et

al., 2006).

48

Tabla II. Temperaturas de gelatinización de los almidones modificados y almidón nativo

de camote

ALMIDONES TEMPERATURA INICIO

DE GELATINIZACION

TEMPERATURA

MAXIMA DE

FORMACION DEL GEL

Almidón nativo de camote 70 °C. 90 °C.

Almidón pre-gelatinizado 60-65 °C. 85 °C.

Almidón oxidado 0.05% 65-70 °C. 85-90 °C.

Almidón oxidado 0.10% 65-70 °C. 80-85 °C.

Almidón oxidado 0.15% 65 °C. 75 °C


La temperatura de gelatinización del almidón nativo muestra resultados comparables con el

trabajo anterior de Olguín y González, (2013), comparando estos resultados con otros trabajos

realizados al almidón nativo de camote (Hernández et al. 2014) muestran variación, esto puede

ser debido a varios factores asociados al lugar de cultivo, variedad de las plantas, nutrientes

del suelo y otros.

Ya para todos los almidones modificados se puede observar una disminución de la

temperatura de gelatinización. Siendo más acentuada a medida que aumenta la concentración

del oxidante. Como se observar en la Tabla II, el almidón oxidado al 0.15% disminuye 15°C

su temperatura de gelatinización.

Díaz Molina y Cabrera Collazo (1999), afirman que la disminución de la temperatura de

gelatinización tiene su causa en el mayor contenido de grupo carbonilos y carboxilos, los

cuales imparten al almidón oxidado una mayor afinidad por el agua, razón por la cual los

granos de almidón son capaces de hincharse de forma irreversible a una temperatura inferior.

Almidones modificados que presenten temperaturas menores a las de los almidones nativos

son requeridos por la industria para la elaboración de nuevos productos que faciliten la

preparación de los mismos.

49

A través de las experiencias realizadas por Fabian y Cornejo (2011) se logra establecer

sinergias entre los almidones modificados y los espesantes tradicionales. Las características

finales alcanzadas por los productos alimenticios en donde se incluye el uso de almidones

modificados, se mejoran notablemente alcanzando niveles de eficacia no observados

anteriormente.

MICROGRAFIA: La micrografía se muestra los cambios que sufren los almidones

modificados a medida que se les aplica calor.

En la Figura 1 se muestran los cambios observados en el almidón pregelatinizado de camote

en las diferentes temperaturas.

50 °C. 55 °C. 60 °C.

65°C

70 °C.

75°C

80°C 85°C

Figura 1. Comportamiento del Almidón pre-gelatinizado a diferentes temperaturas de

gelatinización. Objetivo 40x. Elaboración Propia. IIFCFB. UAGRM-2014.

Podemos apreciar que en el intervalo de temperatura de 60-65 °C la estructura de los gránulos

de almidón comienza a hincharse y a los 85 °C. desaparece la estructura de granulo

formándose el gel.

50

En la Figura 2 se muestran los cambios observados en el almidón de camote oxidado al 0,05 %


50 °C. 55 °C. 60 °C.

65 °C. 70 °C. 75 °C.

80 °C. 85 °C.

Figura 2. Comportamiento del Almidón oxidado al 0.05% a diferentes temperaturas de


En la Figura 2 se aprecia que el rango de temperatura entre 60-65°C comienza a hincharse los

gránulos de almidón y a los 85°C comienza a formarse el gel debido a que la estructura

granular desaparece.



51

50 °C. 55 °C. 60°C.

65 °C. 70 °C. 75 °C.

80 °C. 85 °C.



En la Figura 3 se aprecia que el rango de temperatura está entre 60-65°C cuando comienza a

hincharse los gránulos de almidón y a los 85°C cuando comienza a formarse el gel debido a

que la estructura granular desaparece.



52

50°C. 55°C. 60°C.

65°C. 70°C. 75 °C.

80 °C.


gelatinización. Objetivo 40x. Elaboración Propia. IIFCFB. UAGRM-2014

En la figura 4 se aprecia que el rango de temperatura está entre 60-65°C cuando comienza a

hincharse los gránulos de almidón y a los 80°C que comienza a formarse el gel debido a que la

estructura granular desaparece.

Según Olguín-Arancibia y González-Galán (2013) afirman que se observó que el gránulo de

almidón de camote nativo presenta una forma esférica, presenta una temperatura de

gelatinización a partir de los 70oC (Anexo 3) y su estructura granular desaparece a los 90 °C.

Poder de hinchamiento

El poder de hinchamiento en los almidones es una parte fundamental debido a que para ciertos

usos en la industria requieren que se absorba una gran cantidad de agua para otorgar

propiedades definidas a los productos deseados.

En la Fig.5 se muestran los diferentes porcentajes del poder de hinchamiento presentados por

los almidones estudiados.

53

Figura 5.-Gráfica representativa de datos en poder de hinchamiento comparaticva de los

distintintos tipos de almidones. Fuente: Elaboración Propia. IIFCFB, UAGRM-2014

Referido al poder de hinchamiento el que presento mejores cualidades fue el almidón oxidado

al 0.10% a diferencia del almidon pre-gelatinizado que presento un comportamiento casi lineal

pudiendo asi utilizarse en la industria como retenedor de humedad, comparando con otro tipos

de almidón demuestra que la modificacion aumenta esta propiedad considerablemente al

comparar con el Anexo 4 queda demostrado que su comportamiento de poder de hinchamiento

presenta mayor actividad que los almidones nativos.

ABSORCIÓN DE AGUA

Cuando se modifica el almidón se produce una degradación de los polímeros de éste,

formándose fragmentos que generalmente son solubles en agua y, por ello el índice de

solubilidad es un buen indicador del grado de degradación de estos polímeros (Araujo, Rincón

y Padilla,2004)). Al separarse fragmentos de la cadena de almidón se facilita la formación de

uniones puente hidrógeno con el agua y la amilosa, lo que beneficia la absorción de agua.

54

En la Fig.6 se muestran los diferentes porcentajes de absorción de agua presentados por los

almidones estudiados.

Figura 6.- Gráfico de la absorcion de agua para el almidón nativo y los modificados Fuente: Elaboración Propia. IIFCFB, UAGRM-2014

Referido a la absorción de agua el que presento mejores cualidades fue el almidón oxidado al

0.10 % comparando con otros almidones se hace notar que la modificacion aumenta la

absorcion de agua. En el Anexo 5 se puede observar que esta propiedad se incrementa

considerablemente.

El % de solidos solubles representa la solubilidad del almidón en agua esta propiedad se debe

considerar dependiendo el producto que se desee elaborar ya que la adición de este puede

pasar desapersibido

En la Fig.7 se muestran los diferentes porcentajes del solidos solubles presentados por los

almidones estudiados.

55

Figura 7.- Gráfica de % de solidos solubles para el almidón nativo y los modificados Fuente: Elaboración Propia. IIFCFB, UAGRM-2014

Referido a el % de sólidos solubles presento en mejor comportamiento el almidón oxidado

0.15 %.

VISCOSIDAD

En la Tabla III se muestran los resultados de viscosidad obtenidos tanto del almidón nativo

como de los diferentes almidones modificados.

Tabla III. Viscosidad de los almidones modificados comparado con el almidón nativo de

camote expresados en unidades centipois

NATIVO PREGELATI-NIZADO

OXIDADO 0.05 %

OXIDADO 0.10 %

OXIDADO 0.15 %

1755.2 A 30.1 D 675.1 C 907.9 B 811.1 B Letras iguales en la fila indican que no existe diferencia significativa entre las muestras a un nivel de 5% de

significancia según la prueba de Tukey. Fuente: Elaboración Propia. IIFCFB, UAGRM-2014

Como se puede observar el almidón nativo de camote presenta el valor de viscosidad más

elevado, siendo que este resultado no lo podemos comparar con ningún otro trabajo publicado.

56

Ya para los almidones modificados, estos presentan valores menores al almidón nativo, siendo

el almidón pregelatinizado el que muestra el menor valor de viscosidad, esto es debido a que

se requiere una mayor cantidad de almidón para espesar un líquido porque se ha producido

rotura del gránulo de almidón durante la gelatinización y el secado (Vaclavik, 1998).

Por otro lado la viscosidad resultante demuestra que los almidones al ser sometidos a una

hidrólisis parcial acida en el proceso de oxidación presentan una viscosidad menor que el

almidón nativo de camote, y que las concentraciones de 0,10% y 0,15% no muestran

resultados diferentes al 5% de probabilidad. Resultados similares presentó DÍAZ-MOLINA,

M. y CARRERAS-COLLAZO (1999), donde la viscosidad aparente de los almidones

oxidados de maíz presentaron una viscosidad menor que la del almidón nativo de maíz.

Con relación a la viscosidad de los almidones modificados, Fabián y Cornejo (2011) indican

que las soluciones formadas con almidones modificados permiten obtener mayores

concentraciones de sólidos y menor viscosidad y son usadas generalmente para recubrir,

adherir y encapsular.

CLARIDAD

Los resultados obtenidos para la claridad de los geles formados con los diferentes almidones

se muestran en la Figura 8.

Figura 8. Claridad de los almidones modificados comparado con el almidón nativo de

camote. Fuente: Elaboración Propia. IIFCFB, UAGRM-2014

02468

10121416

3,45

9,75

12,6814,35

15,9% Transmitancia

57

Valores mayores indican pastas más claras, lo que el almidón que produce la pasta más clara

es el pregelatinizado, seguido de los oxidados y el que presenta menor claridad es el almidón

nativo. Estos resultados coinciden con varios autores que indican que almidones modificados

generalmente muestran mejor claridad de pasta y estabilidad entre otras ventajas (Agboola et

al., 1991; Amani et al.,2005; Schmitz et al., 2006).

ESTABILIDAD A LA REFRIGERACIÓN Y CONGELAMIENTO

La estabilidad a la refrigeración y congelamiento se representa en el % de agua que libera el

gel (Sinéresis), los resultados se muestran en la Tabla IV y V.

Tabla IV. % de pérdida de agua de los almidones modificados comparado con el almidón

nativo de camote durante la congelación a -18°C

Tipo Almidón 24 hrs 48 hrs 72 hrs Nativo 0,120 a 0,190 ab 0,340 a

Pregelatinizado 0,025 a 0,045 b 0,465 a Oxidado 0,05% 0,120 a 0,175 ab 0,305 a Oxidado 0,10% 0,130 a 0,240 a 0,445 a Oxidado 0,15% 0,110 a 0,240 a 0,400 a

Letras iguales en las columnas indican que no existe diferencia significativa entre las muestras a un nivel de 5%

de significancia según la prueba de Tukey.

Tabla V. % de pérdida de agua de los almidones modificados comparado con el almidón

nativo de camote durante la refrigeración a 4°C

Tipo Almidón 24 hrs 48 hrs 72 hrs Nativo 27,660 a 32,370 a 44,320 a

Pregelatinizado 12,780 ab 16,335 ab 20,850 b Oxidado 0,05% 0,105 b 0,160 b 0,220 c Oxidado 0,10% 0,125 b 0,160 b 0,230 c Oxidado 0,15% 0,185 b 0,260 b 0,565 c

Letras iguales en las columnas indican que no existe diferencia significativa entre las muestras a un nivel de 5%

de significancia según la prueba de Tukey. Fuente: Elaboración Propia. IIFCFB, UAGRM-2014

Como se puede observar los almidones estudiados soportaron muy bien el proceso de

congelación mostrando perdidas bastantes bajas y que no mostraron diferencias significativas 58

entre los tipos de almidones en el primer y tercer ciclo. Lo que indica que estos almidones

pueden ser recomendados para ser utilizados en alimentos que necesitan congelación sin sufrir

pérdida significativa de agua. Como afirma Agboola et al. (1991) que almidones modificados

aumentan la estabilidad al congelamiento-deshielo.

En el caso del proceso de refrigeración los almidones oxidados se mostraron más estables,

siendo el almidón de camote nativo quien mostró un alto valor de perdida de agua ascendente

con el tiempo hasta alcanzar aproximadamente 44%, le siguió el almidón pregelatinizado con

aproximadamente 21%. Lo que indica que los geles elaborados con almidones oxidados se

podrían conservar adecuadamente bajo refrigeración al contrario del nativo y el

pregelatinizado que mostraron lo contrario.

Pacheco y Techeria (2009) estudiando la estabilidad al congelamiento-deshielo del almidón de

ñame nativo y modificado mostraron que se incrementó con las modificaciones realizadas, ya

que el almidón nativo presento una menor estabilidad, debido a la mayor cantidad de agua

eliminada.

CONCLUSIONES

Las propiedades físicas del almidón nativo de camote se modificaron al someterse a los

distintos procesos de transformación presentando así una disminución de su temperatura de

gelatinización, viscosidad, poder de hinchamiento, solubilidad, absorción de agua a su vez los

geles formados mostraron una mayor suavidad comparados con la del almidón nativo.

El almidón oxidado sometido a una concentración de oxidante del 0.15 % presentó su pico

máximo de temperatura de gelatinización a 75 °C disminuyendo así aproximadamente 15°C a

la alcanzada por el almidón nativo.

Referido al poder de hinchamiento y de absorción de agua, el que presento mejores cualidades

fue el almidón oxidado al 10%. Ya para el % de sólidos solubles quien presento el mejor

comportamiento fue el almidón oxidado 0.15 %

Con relación a la viscosidad el almidón pre-gelatinizado presentó la viscosidad más baja, ya

para los almidones modificados la concentración 0,10% produce una viscosidad menor que los

obtenidos con 0,10 y 0,15% que son estadísticamente iguales entre si.

59

Con todos estos datos recopilados se concluye que la modificación del almidón nativo de

camote es factible desde el punto de vista tecnológico ya que produce modificaciones que

permiten la utilización de los mismos en la elaboración de sopas instantáneas debido a su

temperatura de gelatinización menor. A su vez en la elaboración de gomitas y jaleas con

aquellos que presentan una pasta más clara que el nativo y en productos que necesitan ser

congelados o refrigerados como el caso de la elaboración de pudin y helados.

Agradecimiento:

Al Instituto de Investigación de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas y Bioquímicas por el

financiamiento del presente trabajo.

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63

CAPITULO IV

64

AUMENTO DE LA VIDA ÚTIL POSTCOSECHA DE TOMATES RECUBIERTOS

CON PELÍCULAS COMESTIBLES ELABORADOS A PARTIR DE ALMIDÓN

NATIVO Y MODIFICADO DE CAMOTE (IPOMOEA BATATA)

Increased life post-harvest of tomatoes coated with edible films made with native and

modified starch from sweet potato (Ipomoea batata)

ERWIN SEVERECH FARFAN1

ABEL GONZÁLEZ-GALÁN2

1 Licenciado en Bioquímica con la Mención de Bromatología de la Carrera de Bioquímica –

FCFB – UAGRM 2 Doctor en Ciencias de los Alimentos. Docente- Investigador. Coordinador del Laboratorio de

Bromatología y Nutrición. IIFCFB - UAGRM Correo para correspondencia: [email protected]

65

RESUMEN

La mayoría de los alimentos necesitan una forma de protección para mantener su estructura

original durante el tiempo de exposición y venta, y la alternativa más frecuente es el uso de

materiales sintéticos que presenta una gran demanda pero a la vez son considerados un gran

contaminante ambiental debido a su total falta de biodegradabilidad. Una alternativa que ha

venido creciendo es la elaboración de los llamados biofilmes, ya que estos utilizan materiales

totalmente biodegradables y que contribuyen al propósito de las industrias de alimento de

ofrecer productos de calidad con un mayor tiempo de vida útil. En este estudio se evaluó la

aplicación de películas comestibles en el aumento de la vida útil postcosecha de tomates

(Lycopersicon esculentum) recubiertos con películas elaboradas a partir de almidón de

camote (nativo, pregelatinizado y oxidado 0.15%) los cuales se compararon con frutos sin

recubrir y mantenidos en condiciones iguales del medio ambiente en una cámara de

estabilidad (25°C, 80% H.R.). Se determinó la pérdida de peso, sólidos solubles, pH, acidez

titulable y contenido de licopeno para evaluar el proceso de maduración de los tomates en

cuatro semanas. Durante su almacenamiento, los tomates recubiertos con almidón nativo y

modificado exhibieron menor pérdida de peso, menor desarrollo de color rojo y contenido de

licopeno retrasando la maduración del fruto. No se encontraron diferencias significativas en la

evolución de los grados Brix, pH y acidez titulable durante el período de almacenamiento

entre los frutos recubiertos con almidón nativo y los tomates sin recubrir a diferencia de los

frutos recubiertos con almidón pregelatinizado y oxidado que mostraron estabilidad en el

metabolismo interno para disminuir los desórdenes metabólicos durante el período de

conservación. El almidón es uno de los materiales crudos más comúnmente empleados en la

industria de los alimentos, ya que es económico, fácil de modificar, proporcionándole cierta

funcionalidad para desarrollar las películas comestibles y aumentar la vida útil del tomate por

más tiempo manteniendo sus propiedades fisicoquímicas y organolépticas de los frutos. Los

frutos recubiertos presentaron una barrera frente a la pérdida de peso e intercambio de gases

por lo tanto una disminución en el metabolismo interno del fruto manteniéndolo en

condiciones estables para el consumidor hasta la tercera semana postcosecha.

Palabras claves: almidón nativo, almidón modificado, películas biodegradables, recubrimiento

66

INTRODUCCION

Las películas o films comestibles han recibido intensa investigación durante los últimos 20

años (Guilbert, 1986; Krochta y de Mulder- Johnson, 1997) para mejorar las propiedades

organolépticas de los alimentos, incrementar la vida útil de anaquel y reducir el uso de

materiales de embalaje descartables y no degradables (Guilbert, 1986). Dependiendo de su

composición química, las películas comestibles pueden:

Regular procesos de transferencia de masa involucrando oxigeno (Miller y Krochta, 1997;

Arancy y Tunc, 2003), dióxido de carbono (Galietta et al, 1998b), vapor de agua (Avena-

Bustillos y Krochta, 1993), etileno (Galietta et al., 1988b) y otros compuestos volátiles (Miller

y Krochta 1997).

Tener efecto en las propiedades mecánicas de los alimentos (Galietta et al., 1998b).

Adicionalmente agentes antimicrobianos, antioxidantes, sabores, colores, agentes entre-

cruzadores (Galietta et al., 1988b) y plastificantes (Budi y Wild, 1999) han sido adicionados

para mejorar las propiedades funcionales de las cubiertas.

Aunque las películas pueden ser hechas con carbohidratos (Camirand et al., 1992), proteínas

(Krochta y de Mulder- Johnson, 1997; Galietta et al., 1998b) y lípidos (Morillon et al., 2002).

Los polisacáridos son los principales componentes de las films que forman redes moleculares

cohesionadas por una alta interacción entre sus moléculas, estos les confiere buenas

propiedades mecánicas y de barrera a gases (O2 y CO2) (Nisperos C, M. et al., 1994). Por su

naturaleza hidrofóbica los lípidos ejercen una buena barrera al vapor de agua, sin embargo, su

falta de cohesividad e integridad estructural hace que presenten malas propiedades mecánicas

formando recubrimientos quebradizos. La incorporación de plastificantes tiene como objetivo

mejorar la flexibilidad de los recubrimientos, haciéndolos menos frágilesmejorando la

capacidad del recubrimiento para impregnar al alimento y formar una capa continua en la

superficie del mismo (Navarros T. M. et al., 2007).

La composición y propiedades del almidón varían con la fuente de que se deriva y pueden

modificarse por un medio químico o físico para impartir cierta funcionalidad. (Biliaderis,

1991).

67

Por otra parte el tomate es un fruto climatérico susceptible a la acción mecánica y a la

indebida manipulación, disminuyendo su vida útil, calidad y valor comercial debido a que al

madurar pierde firmeza con rapidez y ocurren modificaciones organolépticas.

MATERIALES Y METODOS

Aislamiento del almidón

El almidón nativo se aisló de frutos de camote (Ipomoea batata) usando procedimiento a

escala piloto propuesto por Olguín-Arancibia y González-Galán (2013).

Preparación de los almidones modificados

Los almidones (Pre-gelatinizado y oxidado al 0,15%) se obtuvieron a nivel experimental

utilizando la técnica descrita por Loayza-Siles y González-Galán (2014).

Tomates

Se adquirieron los tomates (Lycopersicon esculentum) en igual estado de madurez

organoléptica de un productor local. Los tomates se sanitizaron por inmersión en una solución

de Hipoclorito de Sodio (NaClO) en una concentración de 200 ppm durante 30 segundos a

temperatura ambiente.

Preparación de las películas comestibles

La solución utilizada para el recubrimiento estuvo compuesta por 2% de almidón, 2% de

glicerol y 0,5% de aceite esencial de soya.

El total de agua a utilizar se dividió en tres fracciones en la primera se dispersó el almidón que

se llevó a calentamiento hasta su pre-gelatinización, mientras se mantuvo en agitación

constante hasta que enfrié a temperatura ambiente.

Luego se adicionó la segunda fracción con glicerol a la primera solución dejándolo en

agitación constante durante 10 minutos posteriormente se adicionó la tercera fracción con

aceite dejándolo en agitación constante por 30 minutos para formar la solución recubridora.

68

Recubrimiento de los frutos

Se realizaron 2 inmersiones durante 30 segundos en la solución de almidón al 2% (almidón

nativo o modificado de camote), luego fueron secados a 50°C con aire caliente durante 2

minutos para formar la bicapa alrededor del fruto. Posteriormente se los dejo secar a

temperatura ambiente para luego colocarlos en la estufa de estabilidad.

Condiciones de almacenamiento

Los frutos fueron almacenados en una estufa de estabilidad (Modelo ICH 256 Schwabach

Alemania) a temperatura 25±2C y 80±2% H.R. y removidos para análisis después de 0, 1, 2, 3

y 4 semanas.

Estas características de almacenamiento fueron programadas para darles condiciones similares

al de nuestro medio ambiente.

La distribución de los frutos se realizó enteramente al azar formando grupos de 25 frutos por

tratamiento según descrito en la Tabla I.

Tabla I. Distribución de los diferentes tratamientos experimentales

Tratamiento Película N° de frutos

T1 Control (Sin recubrimiento) 25

T2 Almidón Nativo 25

T3 Almidón pre-gelatinizado 25

T4 Almidón Oxidado 25

Elaboración propia: IIFCFB, UAGRM 2014

Métodos

Cada semana se seleccionaron al azar 5 tomates de cada grupo para realizar las siguientes

determinaciones:

69

Determinación de pérdida de peso

Se realizó mediante prueba gravimétrica en la que se utilizó una balanza analítica (Marca

Gr200) en la cual se realizaron las mediciones de todos frutos una vez por semana para evaluar

periódicamente la pérdida de peso. Utilizando la siguiente fórmula:

% Perdida = 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼−𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑑𝑑𝑃𝑃 𝐼𝐼𝐼𝐼 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑠𝑠𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼

x 100

Determinación de Sólidos Solubles expresados en grados Brix

Se utilizó un refractómetro manual de la marca Schimiot Haensch, para medir los sólidos

solubles presente en los tomates previamente triturados y en una dilución 1/3 a temperatura de

20°C, esta medición se realizo por duplicado en los tomates seleccionados, utilizando la

técnica descrita por el INLASA (2010).

Determinación de pH

Se utilizó un pH metro (Marca Cole ParmerOakton) para determinar el pH en los frutos

seleccionados los cuales fueron triturados para su medición en el jugo de tomate según

metodología descrita por Baldivieso-Muller y González-Galán (2013).

Determinación de Acidez titulable

La acidez titulable se determinó mediante la técnica propuesta por el INLASA (2010) usando

NaOH 0.1N estandarizado y fenolftaleína como indicador, los resultados se expresaron como

% de ácido cítrico. Los frutos seleccionados se trituraron y su determinación se realizo por

duplicado.

Determinación de contenido de licopeno

Según el método de Giovanni Galietta y Cols (2004). Para la determinación del contenido de

licopeno, se usaron tubos herméticos, recubiertos con papel de aluminio, se colocó 1 g de jugo 70

de tomate en 10 mL de acetona (Merck, 99.9%). Se agitó regularmente durante 24 h y el

filtrado se midió en espectrofotómetro a 472 nm como medida relativa de la variación a lo

largo del tiempo realizando una curva del contenido de licopeno.

Análisis de datos

En cuanto al análisis de datos, se realizó un estudio completamente aleatorio utilizando el

análisis estadístico descriptivo por medio del programa computacional SISVAR versión 4.6

(build 62), en donde se obtienen promedio de dos repeticiones en cada análisis realizado, y

representación en forma de curvas donde fuera necesario su explicación.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Pérdida de peso

Los resultados obtenidos para la pérdida de peso de los tomates recubiertos y sin

recubrimiento se muestran en la Figura 1.

FIGURA 1. Pérdida de peso de tomates recubiertos y sin recubrimiento. Fuente: Elaboración Propia – UAGRM – IIFCFB- 2014

75%

80%

85%

90%

95%

100%

105%

0 1 2 3 4 5

Perd

ida

de p

eso

en %

Semanas

Tomates S.R.

Tomates A.N.

Tomates A.P.

Tomates A.O.

71

Los frutos sin recubrir mostraron una disminución en la pérdida de peso a comparación de los

tomates recubiertos con almidón nativo, pregelatinizado y oxidado partir de la 2da semana

traduciéndose esto al aumento de la vida útil de los frutos.

Siendo que los tomates recubiertos con almidón oxidado mostraron una mejor barrera contra

la pérdida de agua a comparación de los frutos recubiertos con almidón pre gelatinizado y

oxidado.

Por lo tanto presentaron menor pérdida de peso debido a que las películas comestibles retardan

la pérdida de agua (Debeaufort y col, 1998), por las propiedades de barrera al vapor del agua

(Avena-Bustillos y Krochta,1993).

La menor pérdida de humedad tiene al menos dos consecuencias importantes:

El fruto mantiene su valor comercial ya que pierde menos peso y se retrasa la maduración a

través de inhibición de la enzima S-adenosylmethioninasintetasa, cuya acción es promovida

por déficit hídrico en el fruto y es considerada el paso limitante en la generación de etileno

(Hobson y Grierson, 1993).

La pérdida de peso mantuvo una cinética del mismo orden para frutos recubiertos y testigos

sin recubrir. Pero los tomates sin recubrir mostraron mayor pérdida de peso que los tomates

recubiertos lo cual se mantuvo constante durante todo el experimento.

Determinación de Sólidos Solubles expresados en grados Brix

Los resultados obtenidos en Grados Brix de los tomates recubiertos y sin recubrimiento se

muestran en la Figura 2.

72

FIGURA 2. Evolución de los Grados Brix en Tomates recubiertos y sin recubrir. Fuente: Elaboración Propia – UAGRM – IIFCFB- 2014

Los tomates sin recubrimiento presentaron un aumento de los grados Brix a comparación de

los frutos recubiertos con películas comestibles de almidon nativo, oxidado y pregelatinizado.

Esto es debido a que su tasa de respiración fue elevada a comparación de los tomates

recubiertos que presentaron eficientes propiedades mecánicas y de barrera, tanto al vapor de

agua como los gases.

Se encontró mayor estabilidad en los tomates recubiertos con almidón pregelatinizado hasta la

segunda semana y almidón oxidado hasta la tercera semana debido a que formo una barrera

uniforme alrededor del fruto que permitió controlar el transporte de gases (O2, CO2 y etileno)

disminuyendo así la respiración celular y retardar la maduración del fruto.

Por otro lado los tomates recubiertos con almidón nativo presentaron escasas propiedades de

barrera al intercambio de gases y menor control sobre el metabolismo interno debido a su tasa

de metabolismo a partir de la 2da semana, debido a que las cubiertas que formo presentaron

pequeñas perforaciones.

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 1 2 3 4 5

Gra

dos B

ri x°

Semanas

Tomates S.R.

Tomates A.N.

Tomates A.P.

Tomates A.O.

73

Los tomates no recubiertos presentaron una aumento elevado de los grados BriX debido a que

la estufa de estabilidad estuvo programada a 80±2% H.R otorgando un ambiente con elevada

concentración de O2 por lo tanto una tasa de respiración elevada y una maduración aumentada,

igual a las condiciones de nuestro medio ambiente.

Determinación de pH

Los valores obtenidos para el pH de los diferentes tratamientos en las 4 semanas del

experimento se muestran en Cuadro 1.

Cuadro 1. Valores de pH reportados por los diferentes tratamientos aplicados

Tomate

S.R.

Tomate

con A. N.

Tomate

con A. P.

Tomate

con A. O.

Semana 1 3,97 4,21 4,21 4,3

Semana 2 4,65 4,54 4,43 4,44

Semana 3 4,62 4,38 4,48 4,61

Semana 4 4,32 4,53 4,6 4,63 Fuente: Elaboración Propia – UAGRM – IIFCFB – 2014

El cuadro nos indica resultados desiguales en la evolución los tomates sin recubrir y

recubiertos con almidón nativo, mientras tanto observamos una evolución estable del pH de

los tomates recubiertos con almidón pregelatinizado y oxidado.

Esta evolución de los tomates sin recubrir y de los tomates recubiertos con almidón nativo son

similares a los resultados de otros estudios que indican que tampoco se observaron efecto del

recubrimiento sobre la evolución del pH o la acidez titulable, lo que refleja la dispar evolución

de los distintos ácidos orgánicos durante el almacenamiento de los frutos (Giovanni Galietta y

Cols. 2004).

Los frutos recubiertos con almidón pregelatinizado y oxidado mostraron estabilidad en el

metabolismo interno para disminuir los desórdenes metabólicos durante el período de

74

conservación (Nísperos-Carriedo y col, 1992; Park y col, 1994; Sothornvit and Krochta,

2000).

Esto puede deberse a que los frutos recubiertos con almidón pregelatinizado y oxidado

presentaron una cubierta uniforme alrededor de los frutos manteniendo estable su metabolismo

interno.

Determinación de Acidez titulable

Los valores obtenidos para la Acidez titulable de los diferentes tratamientos en las 4 semanas

del experimento se muestran en Cuadro 2.

Cuadro 2. Valores de Acidez titulable reportados por los diferentes tratamientos

aplicados

Tomate

S.R.

Tomate

con A. N.

Tomate

con A. P.

Tomate

con A. O.

Semana 1 0,0486 0,0432 0,0378 0,0459

Semana 2 0,0305 0,0324 0,0351 0,0351

Semana 3 0,0412 0,0351 0,0324 0,0297

Semana 4 0,0378 0,0297 0,0351 0,0378 Fuente: Elaboración Propia – UAGRM – IIFCFB - 2014

En el cuadro observamos que en los frutos no recubiertos y recubiertos con almidón nativo

observamos resultados dispares durante su evolución mientras que en lo los frutos recubiertos

con almidón pregelatinizado y oxidado presentaron estabilidad hasta la 3ra semana.

Una de las ventajas de los recubrimientos comestibles en frutas es que mejoran la retención

del color, ácidos, azúcares y componentes del sabor (Nísperos-Carriedo y col, 1992; Park y

col, 1994; Sothornvit and Krochta, 2000).

75

Entonces los frutos recubiertos con almidones pregelatinizado y oxidado retardaron la

volatilización de ácidos orgánicos, permitiendo que los frutos permanecieran más ácidos

durante más tiempo.

Existieron frutos sin recubrir contaminados por hongos lo cual acelero el proceso de

metabolismo interno lo que llevo a la disminución de la acidez durante la 2da semana esto se

puede comparar con estudios similares que la descomposición de algunos tomates acelera el

proceso respiratorio incrementando la concentración de ácidos en las unidades experimentales

(Amaya et al 2010)

3.5. Determinación de contenido de licopeno

Los resultados obtenidos en el contenido de licopeno de los tomates recubiertos y sin

recubrimiento se muestran en la Figura 3.

FIGURA 3. Evolución del contenido de licopeno en Tomates recubiertos y sin recubrir.

Fuente: Elaboración Propia – UAGRM – IIFCFB- 2014

Se observa mayor aumento del contenido de licopeno en los tomates sin recubrir a diferencia

de los tomates recubiertos con almidón nativo y modificado.

0.300

0.350

0.400

0.450

0.500

0.550

0 1 2 3 4 5

Abs o

bten

idas

Semanas

Tomates S.R.

Tomates A.N.

Tomates A.P.

Tomates A.O.

76

Los frutos recubiertos con almidón nativo, pregelatinizado y oxidado mostraron un retraso en

el proceso de maduración de los tomates hasta la 3ra semana luego mostro un aumento en la

4ta semana.

El comportamiento de los tomates recubiertos fue similar durante las 4 semanas de

almacenamiento mostrando mayor estabilidad durante el tratamiento y retardo de la

maduración del tomate conservando así sus características nutricionales por más tiempo.

El metabolismo interno de los frutos sin recubrir es mayor que los tomates recubiertos debido

a la capa protectora que forma la película comestible que impide el ingreso de oxigeno para

que se lleven a cabo las reacciones metabólicas para su maduración.

Los datos obtenidos son similares al de otros estudios donde la concentración relativa de

licopeno, medida a través de la absorbancia a 472 nm, siguió también un patrón mostrando

retraso en la maduración de los frutos en las primeras tres semanas de almacenamiento

(Galietta y Cols. 2004).

CONCLUSIONES

El uso de películas comestibles elaborados a partir de almidón nativo y modificado mostraron

un retraso en la maduración del fruto, siendo los recubrimientos de almidón pre gelatinizado y

oxidado que presentaron mayor estabilidad por más tiempo conservando las propiedades

fisicoquímicas y organolépticas de los tomates.

Los frutos recubiertos con películas comestibles de almidón detuvieron la pérdida de peso

actuaron como barrera frente a la perdida de agua y contra los gases lo cual retardo su proceso

de maduración preservando su color y firmeza de los tomates hasta la tercera semana post

cosecha en condiciones similares al de nuestro medio ambiente a diferencia de los tomates

control que a partir de la segunda semana ya no se encontraban en condiciones aceptables para

el consumidor.

Los recubrimientos elaborados a partir de almidón vienen a ser una opción más para conservar

y aumentar la vida útil de los frutos siendo que se puede utilizar almidones modificados para

mejorar las propiedades de funcionalidad y así obtener frutos recubiertos con mayor calidad

durante más tiempo.

77

Agradecimiento:

Al Instituto de Investigación de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas y Bioquímicas por el

financiamiento del presente trabajo

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