Resumen

El objetivo de este trabajo fue determinar las propiedades de gelatinización y de retrogradación, del almidón de Amaranthus caudatus L. mediante Barrido Calorimétrico Diferencial (BCD). 
Se ha trabajado con dos tipos de granos de A. caudatus L. según su apariencia: opacos (Opa) y translucidos (Trans). Los granos fueron triturados y coloreados distinguiéndose por su coloración con una solución de yodo, dos tipos de almidones. Los granos Opa (tipo waxy) se colorea de pardo rojiza y los granos Trans (tipo no waxy) de color azul violeta, lo que se correlaciona con su contenido de amilosa en 6.8 y 11.3%, respectivamente. Para determinar la temperatura de gelatinización (TG) de los almidones Opa y Trans se prepararon soluciones al 15% y luego se dejó a 5°C por una noche. Para la retrogradación se utilizaron las mismas condiciones, con la única diferencia de mantenerse almacenados por 14 días a 5°C. Se obtuvieron termogramas y valores de calor de gelatinización (∆H). 
Los resultados indican que las TG, tanto del almidón nativo y retrograbado se incrementan con el calentamiento, observándose un comportamiento semejante tanto para el Opa como el Trans. La TG del almidón Opa y del Trans fue de 60.4°C y 60.6°C respectivamente. El ∆H del almidón Trans fue tres veces más elevado que el Opa.

Palabras clave: Almidón Opa, almidón Trans, retrogradación, gelatinización.

Abstract

I. INTRODUCCIÓN

En el género de Amaranthus se han encontrado tres tipos de almidones basado en el contenido de amilosa: normal (19.4 - 27.8% de amilosa) waxy o glutinoso (0 a 1% de amilosa) y no waxy o no-glutinoso (6.6 - 12.6% de amilosa). 1

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. Los estudios de difracción de rayos X en almidones gelatinizados indican que se produce una pérdida del orden semicristalino cuando los gránulos se fusionan y los métodos calorimétricos muestran que la estructura asociada y altamente cooperativa se pierde. 2,3

Los gránulos de almidón no sufren cambios cuando están en suspensión en agua fría, manteniendo sus propiedades ópticas, incluida la refracción de luz polarizada. Este comportamiento se debe a fuertes uniones intermoleculares en las áreas cristalinas de los gránulos, que resisten a la disolución en agua. Los cambios se aprecian cuando las temperaturas alcanzan 60 a 70°C, momento en que los gránulos se hinchan aumentando el volumen debido a una absorción de agua por los grupos polares hidroxilos, generando nuevos enlaces que envuelven moléculas de agua.4.5

La temperatura de gelatinización es el punto en el cual los gránulos de almidón pierden su cruz de polarización; sin embargo, no todos los gránulos lo hacen de forma simultánea. La TG depende de varios factores tales como: tamaño del gránulo (los más grandes tienden a hincharse y absorben agua entes que los pequeños) variedad de almidón, contenido de amilosa y amilopectina, pH, cantidad de agua y contenido de sales. 2,6,7

La retrogradación es un proceso de transformación que ocurre cuando el almidón gelatinizado es almacenado a temperatura ambiente o en frío. Las moléculas de almidón gelatinizadas se aglomeran progresivamente mediante enlaces de hidrógeno, incrementándose la cristalinidad dentro del gel; resultando una estructura ordenada dentro del gel. La velocidad de retrogradación depende de los mismos factores que la gelatinización.4,6

El Barrido Calorimétrico Diferencial (BCD) es una técnica muy usada para estudiar polímeros detectando cambios térmicos del orden y desorden; así como la pérdida del orden cristalino el cual está relacionado con la gelatinización y retrogradación en el sistema almidón-agua. El método nos proporciona una medida térmica de los cambios de la estructura completa que ocurre a nivel molecular en el almidón.8,9 

En nuestro medio, existe escasa información sobre el empleo de técnicas calorimétricas para determinar propiedades de gelatinización y retrogradación, que son muy usadas en la industria que utiliza almidón como materia prima, tanto en la formulación de alimentos como en la preparación de productos farmacéuticos. El conocimiento de estas propiedades, incrementaría la calidad de control del almidón.

II. PARTE EXPERIMENTAL

1. Análisis por barrido calorimétrico diferencial

1.1. Preparación del almidón nativo para determinada TG

Se pesaron 75 mg. (base seca) tanto Opa como Trans almidón de A. caudatus, los cuales fueron mezclados con agua hasta formar una solución al 15% colocadas en cubetas limpias, cerradas herméticamente, y mantenidas a 5 °C por una noche para permitir una distribución uniforme del agua en el polvo de almidón.

1.2. Preparación del almidón retrogradado

El almidón nativo, tanto de Opa y de Trans fueron gelatinizados bajo las condiciones anteriormente descritas, con la única diferencia de mantenerse almacenadas por 14 días a 5 °C.

A continuación los siguientes pasos fueron tanto para analizar el almidón gelatinizado y retrogradado.

Rango de calentamiento

Los análisis térmicos de gelatinización del almidón nativo y del almidón retrogrado fueron llevados a cabo calentando las muestras desde 5 °C a 100 °C a razón de 1 °C/min, obteniendo curvas de calentamiento o termogramas.

Cálculos

Las características de gelatinización del almidón nativo y del almidón retrogrado mediante análisis de BCD, son presentados gráficamente en termogramas, los que presentan tres temperaturas. La temperatura inicial (To), la temperatura media o en el punto medio (Tp) Y la temperatura final o de conclusión (Te) siendo estos valores calculados por extrapolación en las curvas de calentamiento.

Asimismo el ∆H (cambio de entalpía o calor de gelatinización) se calculó midiendo el área formada por las líneas curvas y bases del termograma, empleando un programa software computarizado y se expresó como Joules por gramo de polvo seco de almidón. 2,3,9

La medida y el análisis térmico fue realizado en un micro BCD III (Setaram Co., France), en la Facultad of Human Life Science of Univ. Osaka Sugimoto, Sumiyoshiku-Osaka Japón.

III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los resultados de las temperaturas de gelatinización y el calor de gelatinización del almidón Opa y Trans del almidón nativo y retrogradado están descritos en la Tabla 1

En la Fig. 1 se muestra un flujo endotérmico del almidón nativo Opa y Trans con las líneas bases para calcular To, Tp y Tc, y la Fig. 2 muestra el flujo endotérmico del almidón retrogradado.

En la Tabla 1 se puede observar que las temperaturas de gelatinización del almidón nativo como el retrogrado se incrementan con el calentamiento observándose un comportamiento semejante tanto para el Opa como el Trans, de igual manera sucede con la ∆H.

Los resultados de la TG y del ∆H del almidón nativo de amaranto Opa y Trans (Tabla 1, Fig. 1) mostraron valores muy cercanos siendo el Trans ligeramente superior. Nuestros resultados son muy similares al almidón de A. caudatus investigado por Konishi y col.10, sin embargo son inferiores al almidón de amaranto presenta bajo grado de cristalinidad.

Schoch11 explica que el almidón de maíz waxy tiene la misma TG que el almidón tipo normal, desde que la presencia de la fracción lineal no afecta la iniciación del hichamiento del gránulo aunque se reconoce que los gránulos waxy se hinchan más rápidamente y son mucho más frágiles que el almidón tipo normal.

Respecto a la retrogradación, los valores de TG y ∆H del almidón nativo de A. caudatus L., fueron mucho más altos que los del almidón retrogradado (Tabla 1 y Fig. 2) Esta diferencia es apoyada por el hecho de que el proceso de gelatinización del almidón nativo comprende el hinchamiento de los gránulos, fusión de cristalitos y la hidratación de moléculas de almidón, mientras que la gelatinización del almidón retrogrado está principalmente relacionado a la refusión de los cristalitos de amilopectina8.

Se observa que las TG del almidón Opa retrogrado es superior al de Trans; esto podría deberse al contenido y a la longitud de la cadena de la amilopectina presente en el grano.8 También, se aprecia que el valor de ∆H 1 del almidón Trans (3.8 J/g) fue tres veces más elevado que el almidón Opa, (1.3 J/g) posiblemente porque el almidón Trans no es glutinoso (no-waxy) ya que su contenido de amilosa es 11.3%. El ∆H 1 del almidón retrogradado está influenciado por la distribución de la longitud de la cadena y el contenido de amilopectina presente en el almidón.

Los valores de ∆H y TG sugieren que el almidón retrogradado Opa presenta una mayor resistencia o baja tendencia a la retrogradación que el almidón Trans, debido a que contiene más amilosa que el almidón Opa.

Estos resultados concuerdan con los trabajos de Wankhede y col.12 quienes analizaron almidón waxy de A. paniculatus demostrando estabilidad al resistir ciclos de congelamiento-descongelamiento y una lenta deteriorización, comparado con el almidón de maíz tipo normal.

Los autores informaron que una elevada temperatura se requiere para la gelatinización de los gránulos del almidón nativo mientras que una temperatura baja es necesaria para iniciar la gelatinización del almidón retrogradado. Esta explicación sustenta los resultados obtenidos para los valores de TG del almidón nativo Opa que fue 60.4 °C y para Trans 60.6 °C; mientras que la TG del almidón retrogradado fue de 44.6 °C para el Opa y 41.7 °C para el Trans.

En la presente investigación los almidones Opa y Trans requirieron de 14 días de almacenamiento a 5°C, para lograr la retrogradación, a diferencia que los almidones con alto contenido de amilosa que requieren menor tiempo (horas) para alcanzar la retrogradación. Esta característica lo demuestra el estudio realizado por Annison y Topping13 quienes indicaron que el proceso de retrogradación puede ocurrir en horas en el caso de almidones con alto contenido de amilosa y varios días en el caso de almidones ricos en amilopectina. Esto es, porque en el primer caso las cadenas lineales de α-glucosa son necesarias para la formación de la estructura cristalina. Además, la retrogradación puede incrementarse por ciclos repetitivos de calentamiento y enfriamiento alterando la estructura del almidón nativo.

Casi todos los alimentos procesados que contienen almidón pasan por un período de almacenamiento y a temperaturas bajas antes de su consumo. Durante este período se produce la retrogradación, principalmente en aquellos almidones que contiene amilosa porque estas moléculas lineales expulsan agua adsorbida y los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de amilosa se desplazan entre la amilosa y el agua.9,14

Los almidones que contienen 20 a 25% de amilosa están sujetos a la retrogradación y no se aconsejan como agentes espesantes porque puedan dar textura granulosa. Sin embargo, los almidones tipo waxy como el maíz céreo, retrogradan poco; es por ello que se utilizan como agente espesante. El fenómeno de la retrogradación sirve para recordar que no todo el almidón presente en los alimentos es nutricionalmente disponible.4

Yañez y col.15 reportaron que los geles de almidón de amaranto podrían tener aplicaciones en sistemas alimenticios que requieran estabilidad en condiciones medias y extremas de calentamiento, agitación y que no formen geles sólidos. Pueden también ser utilizados como agente estabilizante y espesante6 en formulaciones de cremas pasteleras, salsas, jaleas, helados, en sopas instantáneas, en alimentos enlatados y congelados.

Por estas razones la gelatinización y la retrogradación son propiedades importantes que se recomiendan para los controles en el proceso industrial de alimentos.

IV. CONCLUSIONES

1. El análisis por Barrido Calorimétrico Diferencial del almidón de amaranto de granos Opa y de granos Trans presentaron temperatura de gelatinización a 60.4 °C y 60.6 °C, respectivamente y la retrogradación a los 14 días de almacenamiento fue de 44.6 °C para el almidón Opa y 41.7 para el almidón Trans.

2. El calor de gelatinización (∆H) del almidón retrogradado Trans fue 3.8 J/g y del Opa fue 1,3 J/g

V. AGRADECIMIENTO

Este trabajo fue subvencionado parcialmente por CONCYTEC.

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