UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

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PRACTICA 05: DETERMINACION DE LA TEMPERATURA DE GELATINIZACION EN ALMIDONESI. INTRODUCCIONEl almidn es la sustancia de reserva alimenticia predominantes en las plantas, el almidn se diferencia de todos los dems carbohidratos en que en la naturaleza se presenta como complejas partculas discretas (grnulos). Los grnulos de almidn son relativamente densos e insolubles. Y se hidratan muy mal en agua fra. Pueden ser dispersados en agua, dando lugar a la formacin de suspensiones de baja viscosidad que pueden ser fcilmente mezcladas y bombeadas, incluso a concentraciones mayores del 35%. El almidn est compuesto fundamentalmente por glucosa. Aunque puede contener una serie de constituyentes en cantidades mnimas, estos aparecen a niveles tan bajos, que es discutible si son oligoconstituyentes del almidn o contaminantes no eliminados completamente en el proceso de extraccin. Qumicamente es una mezcla de dos polisacridos muy similares, la amilosa y la amilopectina; contienen regiones cristalinas y no cristalinas en capas alternadas. Puesto que la cristalinidad es producida por el ordenamiento de las cadenas de amilopectina, los grnulos de almidn creo, tienen parecido grado de cristalinidad que los almidones normales. El almidn sufre diversos fenmenos bsicos en su comportamiento, es el caso de la gelatinizacin, que consiste en las modificaciones que se producen cuando los grnulos de almidn son tratados por calor en agua, que es la disrupcin de la ordenacin de las molculas en los grnulos. Durante la gelatinizacin se produce la lixiviacin (extraccin de solido-liquido) de la amilosa, la gelatinizacin total se produce normalmente dentro de un intervalo ms o menos amplio de temperatura, siendo los grnulos ms grandes los que primero gelatinizan. A temperatura ambiente no tienen modificaciones aparentes en los grnulos nativos de almidn pero cuando se le aplica calor (60 a 70oC), la energa trmica permite que pase algo de agua a travs de la red molecular.El almidn es una materia prima con un amplio campo de aplicaciones que van desde la imparticin de textura y consistencia en alimentos hasta la manufactura de papel, adhesivos y empaques biodegradables. Debido a que el almidn es el polisacrido ms utilizado como ingrediente funcional (espesante, estabilizante y gelificante) en la industria alimentaria, es necesario buscar nuevas fuentes de extraccin (ZHAO; WHISTLER, 1994). II. OBJETIVOS Observar, identificar y comparar la estructura de almidones de diferentes fuentes alimenticias. Determinar la temperatura de gelatinizacin y explicar los procesos de gelatinizacin y gelificacin de suspensiones de almidn de diferentes fuentes alimenticias. Comparar la viscosidad y fuerza del gel de almidones de diferentes fuentes alimenticias.

III. FUNDAMENTO TEORICO

AlmidnQumicamente es una mezcla de dos polisacridos muy similares, la amilosa y la amilopectina; el primero es el producto de la condensacin de D-glucopiranosas (1-4), que establece largas cadenas lineales con 200-2500 unidades y pesos moleculaeres hasta de un milln; es decir, la amilosa es una -D- (1,4)-glucana, cuya unidad repetitiva es la -maltosa. Tiene facilidad de adquirir una conformacin tridimensional helicoidal (Fig. 1), en la que cada vuelta de la hlice consta de seis molculas de glucosa (Badui, 1990)Por su parte la molcula de amilopectina (Vjar, 2005), es mucho mayor de tamao y presenta ramificaciones. Su peso molecular vara de 50,000 a 1, 000,000. Son tambin polmeros formados exclusivamente de glucosas. Las uniones para la parte linear de la molcula son tambin (1-4), pero las uniones para formar los puntos de ramificacin son (1-6). Se calcula que las molculas de amilopectina tienen un 5% de ramificaciones, osea que hay una ramificacin despus de cada, ms o menos, 20 molculas de glucosa, en forma linear. Segn Badui (1990), en trminos generales, los almidones contienen aproximadamente 17-27% de amilosa y el resto de amilopectina.

Figura 1. (a), enrollamiento helicoidal de la amilosa; (b), estructura qumica de la amilopectina.

(a) (b) Fuente: Badui (1990)Cuadro 1. Caractersticas de algunos almidones usados en la Industria Alimentaria

Fuente: Badui (1990)Complejo yodo-almidnLa amilosa y la amilopectina se comportan de manera diferente con yodo; la fraccin amilosa del almidn se combina con mucho ms yodo y produce un complejo azul intenso, profundo. El complejo amilosa-yodo es un complejo de adsorcin de almidn y yodo ms que un compuesto definido. Las molculas de yodo estn atrapadas dentro de la hlice no ramificada de unidades de glucosa de la cadena de amilosa para formar un compuesto de inclusin azul. Si esta red se desintegra, como ocurre durante la hidrlisis del almidn, el color azul se pierde. El curso de la hidrlisis del almidn en un tubo (o placa) de prueba puede ser seguido por el uso del reactivo de yodo, ya que a medida que procede la reaccin el color producido por el yodo cambia gradualmente de un color azul intenso a prpura y luego a una falta de color si se est produciendo la hidrlisis del almidn (Mac Faddin, 2003).

Figura 2. Hlice de las molculas de yodo encerradas en la amilosa (yodo: espacios sombreados de negro)

Fuente: Nussenbaum (1963)

Segn Noller (1965), las cadenas altamente ramificadas de amilopectina dan slo un color rojizo con el yodo debido a que ellas no presentan un enrollamiento eficaz. El color es castao rojizo a incoloro con la dextrina, lo que depende del tipo de dextrina y del contenido de almidn de la preparacin (hidrlisis parcial), como en el caso de muchas preparaciones. Cuando se realiza esta prueba, la solucin siempre debe tener una reaccin neutra o cida.Gelatinizacin del almidnSegn Fennema (2000). Los grnulos de almidn no daados son insolubles en agua fra, pero pueden embeber agua de manera reversible, es decir, pueden hincharse ligeramente con el agua y volver luego al tamao original al secarse. Sin embargo, cuando se calientan en agua, los grnulos de almidn sufren el proceso denominado gelatinizacin. La gelatinizacin es la disrupcin de la ordenacin de las molculas en los grnulos. Evidencias de la prdida de orden son: el hinchamiento irreversible del grnulo, la prdida de birrefringencia y la prdida de cristalinidad. La temperatura inicial aparente de gelatinizacin y el intervalo dentro del cual tiene lugar dependen del mtodo de medida y de la relacin almidn-agua, del tipo de grnulo, as como de las heterogeneidades en la poblacin de grnulos.

Para Vjar (2005), cuando el almidn se trata con agua hirviendo, el almidn de unas partes del grano se solubiliza y se sale del grano, quedando otra parte del almidn que permanece insoluble. Esta porcin insoluble de los granos, absorbe agua y se hincha para formar una esfera elstica y toda la masa se convierte en una pasta de almidn. No confundir almidn soluble con amilosa soluble, ni almidn insoluble con amilopectina. Eso no es correcto. Ambos almidones, el soluble y el insoluble son mezclas de amilosa y amilopectina.En las condiciones normales de procesado de los alimentos (calor y humedad; si bien es cierto que muchos sistemas alimenticios contienen slo una cantidad limitada de agua disponible para el almidn), los grnulos de almidn se hinchan rpidamente ms all del punto de irreversibilidad. Las molculas de agua penetran entre las cadenas, rompen los enlaces entre las misma y establecen capas de hidratacin alrededor de las molculas as separadas. Esto plastifica las cadenas, de manera que se separan totalmente y se solvatan. La entrada de grandes cantidades de agua da lugar a que los grnulos se hinchen hasta alcanzar un tamao varias veces superior al original. Si una suspensin de almidn al 5% se agita moderadamente y se calienta, los grnulos embeben agua hasta que la mayor parte es absorbida por ellos, forzndolos a hincharse, ya presionar unos contra otros hasta llenar el recipiente que los contiene en forma de una pasta altamente viscosa. Los grnulos as hinchados se rompen fcilmente y son desintegrados por agitacin, lo que resulta en una disminucin de la viscosidad. Al enfriar, algunas molculas de almidn se reasocian parcialmente para formar un precipitado o un gel. Este proceso se denomina retrogradacin.Figura 3. Gelatinizacin del almidn.

Los granulos se hinchan y retienen un mximo de agua hasta que se rompen y producen una dispersn de molculas de amilosa y amilopectina Fuente: Badui (1990). Extraccin de almidnLas principales fuentes de almidn comercial son el maz, la papa y la tapioca; sin embargo, existe un nmero importante de especies que tienen un alto contenido de almidn y que podran ser fuentes potenciales para su extraccin, dentro de las cuales se encuentran las leguminosas de grano, los pseudocereales como amaranto y quinua, y algunos frutos secos como pin y castaa (Fennema, 2000).Los mtodos tradicionales de extraccin industrial de almidn no se aplican de modo directo en todas las especies, esto se debe a que en ellas el almidn se encuentra acompaado de otros compuestos qumicos como protenas, lpidos y fibra. El almidn tiene variadas y numerosas aplicaciones en diferentes industrias entre las que se puede mencionar la del papel, la textil, la farmacutica, de adhesivos y de alimentos. Badui (1990) afirman que uno de los mtodos para obtener almidn de manera comercial es mediante la llamada molienda hmeda que se hace con maz, que es la materia prima ms utilizada como fuente de almidn.El porcentaje de hundimiento: se calcula con la siguiente formula.

FORMULA01

Evaluamos cada muestra mediante un anlisis sensorial (transparencia, viscosidad y gomosidad) segn el siguiente cuadro:Caractersticas ESCALA DESCRIPTIVA

12345

TransparenciaNo transparenteTrazas de transparenciaLigeramente transparentetransparenteMuy transparente

ViscosidadNo viscosoTrazas de viscosidadLigeramente viscosoViscosoMuy viscoso

gomosidadNo gomosoTrazas de gomosidadLigeramente gomosoGomosoMuy gomoso

IV. MATERIALES Y METODOS

Materiales:

Almidn de diferentes fuentes vegetales (maz, papa, yuca, camote). cido ctrico. Agua destilada. Termmetro digital. Papel indicador de pH. 16 recipientes de metal. Laminas y cubre objetos. Microscopio. Cocina o tambin cocinillas elctricas. 1 ciento de vasos descartables N 5. Cucharas.

Mtodos: Procedimiento y desarrollo Visualizacin de la estructura microscpica1) Se prepar 99 ml o gr, de una suspensin de almidn al 1%(m/v) en agua destilada fra.2) Se coloc sobre una lmina porta objetos unas gotas de la suspensin y se cubri con cuidado con la laminilla cubre objetos (evitando la inclusin de burbujas).3) Se observ en el microscopio y se identific el origen de los grnulos de almidn. Se Repiti con todas las clases de almidn disponible. Determinacin de la temperatura de gelatinizacin y fuerza del gel de diferentes pastas de almidn

1) Se Calibro los termmetros. Y se Ajust la temperatura de operacin correctamente.2) Se pes 16gr. aprox. de cada muestra de harina (papa, camote, yuca y maz) en vasos de precipitado de 250ml. Las variables (lo que adicionamos a cada muestra):3) Se hizo los pasos anteriores (la formulacin bsica) pero se agreg 50g de sacarosa (azcar)4) Hicimos los pasos anteriores (la formulacin bsica) pero se agreg 2 mL de cido ctrico al 50% P/P (5g de cido ctrico en 5g de agua)5) Hicimos los pasos anteriores (la formulacin bsica) pero se agreg 25g de sacarosa y 2 mL de cido ctrico al 50% P/P (5g de cido ctrico en 5g de agua).6) Se Llev al fuego todas las muestras; y se agito constantemente para evitar que no se queme, y se esper quede el primer hervor.7) Se anot la temperatura de ebullicin.8) Se sac una pequea muestra para as poder realizar la prueba de extensibilidad lineal. Durante 1 min. Y vimos la extensibilidad.9) Luego se coloc el resto de la solucin en un vaso descartable. Y Cubrimos con papel de aluminio. 10) Luego lo analizamos sensorialmente.11) Se etiqueto con el nombre, fecha y lo que le adicionamos que viene hacer las variables, luego se guard en el frigider por 7 das. Despus de los das trascurridos se midi la altura, lo volteamos y medimos el porcentaje de hundimiento.

V. RESULTADOS

CUADRO 01: GELATINIZACION GELIFICACION DE ALMIDONTipo de almidnPHPunto de ebullicin Extensibilidad lineal(*) % Hundimiento Caractersticas sensoriales

Claridad Viscosidad Gomosidad

Almidn de maz772.3 C 344

Almidn de papa773.1 C 554

Almidn de yuca776.6 C

454

Almidn de camote772.4 C 333

Fig.1 Grafica de la temperatura de ebullicin, extensibilidad lineal y el porcentaje de hundimiento en diferentes tipos de harina de almidn.

Harinas de almidn

CUADRO 02: GELATINIZACION GELIFICACION DE ALMIDON (+50gr. DE SACAROSA)Tipo de almidnPHPunto de ebullicin Extensibilidad lineal(*) % Hundimiento Caractersticas sensoriales

Claridad Viscosidad Gomosidad

Almidn de maz + 50 g de sacarosa

5.5

79.5 C

3

3

3

Almidn de papa + 50 g de sacarosa

5.5

66.1 C

2

3

3

Almidn de yuca + 50 g de sacarosa

5.5

70.8 C

3

4

5

Almidn de camote + 50 g de sacarosa

5.5

71.2 C

1

4

2

Fig.2 Grafica de la temperatura de ebullicin, extensibilidad lineal y el porcentaje de hundimiento en diferentes tipos de harina de almidn + 50gr: de sacarosa.

Harinas de almidn

CUADRO 03: GELATINIZACION GELIFICACION DE ALMIDON (+SOLUCION DE ACIDO CITRICO)Tipo de almidnPHPunto de ebullicin Extensibilidad lineal(*) % Hundimiento Caractersticas sensoriales

Claridad Viscosidad Gomosidad

Almidn de maz + solucin de cido ctrico

4.5

80 C

3

3

2

Almidn de papa + solucin de cido ctrico

4

63.5 C

4

3

3

Almidn de yuca + solucin de cido ctrico

4.5

64.5 C

2

5

5

Almidn de camote + solucin de cido ctrico

4.5

67.4 C

2

2

3

Fig.3Grafica de la temperatura de ebullicin, extensibilidad lineal y el porcentaje de hundimiento en diferentes tipos de harina de almidn + Solucin de cido ctrico.

Harinas de almidn

CUADRO 04: GELATINIZACION GELIFICACION DE ALMIDON (+25 gr DE SACAROSA + SOLUCION DE ACIDO CITRICO)Tipo de almidnPHPunto de ebullicin Extensibilidad lineal(*) % Hundimiento Caractersticas sensoriales

Claridad Viscosidad Gomosidad

Almidn de maz + 25 g de sacarosa + solucin de cido ctrico

4.5

70.5 C

1

3

3

Almidn de papa +25 g de sacarosa + solucin de cido ctrico

4

67.2 C

1

4

4

Almidn de yuca + 25 g de sacarosa + solucin de cido ctrico

4.5

62.7 C

2

4

5

Almidn de camote + 25 g de sacarosa + solucin de cido ctrico

4

66 C

1

3

2

Fig.4Grafica de la temperatura de ebullicin, extensibilidad lineal y el porcentaje de hundimiento en diferentes tipos de harina de almidn + 25 gr de sacarosa + Solucin de cido ctrico.

Harinas de almidn

CLCULOS: % HUNDIMIENTO: FORMULA 01Muestras puras: Almidn de papa:

Almidn de camote:

Almidn de yuca:

Almidn de maz:

Muestras ms sacarosa Almidn de papa + 50 g de sacarosa

Almidn de camote + 50 g de sacarosa

Almidn de maz + 50 g de sacarosa

Almidn de yuca + 50 g de sacarosa

Muestras ms solucin de cido ctrico

Almidn de papa + solucin de cido ctrico:

Almidn de camote + solucin de cido ctrico:

Almidn de maz + solucin de cido ctrico:

Almidn de yuca + solucin de cido ctrico:

Muestras ms 25 g de sacarosa ms solucin de cido ctrico

Almidn de papa + 25 g de sacarosa + solucin de cido ctrico:

Almidn de camote + 25 g de sacarosa + solucin de cido ctrico:

Almidn de maz + 25 g de sacarosa + solucin de cido ctrico:

Almidn de yuca + 25 g de sacarosa + solucin de cido ctrico:

VI. DISCUSIN Segn Fennema (2000), las molculas de almidn, como todas las de los dems polisacridos, se despolimerizan por accin de los cidos en caliente. Industrialmente, se aade cido clorhdrico a los almidones bien mezclados, la mezcla se calienta entonces hasta que se obtiene el grado deseado de despolimerizacin. El cido se neutraliza y se recupera el producto, tras lavado y desecacin. Estos almidones se denominan modificados por cidos o bien por coccin rpida, y el proceso est relacionado con la perdida de viscosidad del almidn. A pesar de que solo unos pocos de los enlaces glucosidicos han sido hidrolizados, los grnulos de almidn se desintegran mucho ms fcilmente por calentamiento de agua. Los almidones modificados por cidos forman geles de gran claridad, aunque dan lugar a soluciones de menor viscosidad. La modificacin ms intensa utilizando cidos da lugar a la formacin de dextrinas. En la experiencia de la relacin almidn ms el cido ctrico se pudo observar que las soluciones de los diferentes almidones presentaban una viscosidad no tan fuerte si no menor (haciendo referencia al autor Feennema-2000, nuestro trabajo concuerda con lo dicho por este autor; ya que el proceso en la mezcla de almidn mas acido, hace que el almidn pierda su viscosidad), reduciendo as la capacidad de formar gel. En consecuencia, esta prueba puede determinar el final de una hidrlisis, ya que el cido y el calor hidrolizan el almidn a dextrinas. Segn Fennema (2000), los grnulos de almidn no daados son insolubles en agua fra, pero pueden embeber agua de manera reversible; es decir pueden hincharse ligeramente con el agua y volver luego al tamao original al secarse. Sin embargo, cuando se calientan en agua, los grnulos de almidn sufren el proceso denominado gelatinizacin. La gelatinizacin es la disrupcin de la ordenacin de las molculas en los grnulos. Evidencias de la perdida de orden son: el hinchamiento irreversible del granulo, la perdida de la birrefringencia y la perdida de la cristalinidad. La gelatinizacin total se produce normalmente dentro de un intervalo ms o menos amplio de temperatura siendo los grnulos ms grandes los que primero se gelatinizan. La temperatura inicial aparente de gelatinizacin y el intervalo dentro del cual tiene lugar dependen del mtodo de medida y de la relacin almidn - agua, del tipo de granulo, as como de las heterogeneidades en la poblacin de grnulos. El hinchamiento de los grnulos y la disrupcin da lugar a una masa viscosa (la pasta) que consiste en una fase continua de amilosa y/o amilopectina solubilizadas y una fase discontinua de restos de los grnulos.En la experiencia realizada de la determinacin del punto de gelatinizacin se observ que cuando se calentaban los almidones empezaba un proceso lento de absorcin de agua en las zonas intermicelares amorfas, que son las menos organizadas y las ms accesibles, ya que los puentes de hidrogeno no son tan numerosos ni rgidos como en las reas cristalinas (Badui, 1986). A medida que se incrementa la temperatura, se retiene ms agua y el granulo empieza a hincharse y aumentar el volumen. Al llegar a una cierta temperatura (75C), el granulo alcanza su volumen mximo y pierde tanto su patrn de difraccin como la propiedad de birrefringencia; si se administra ms calor, el granulo hinchado, incapacitado para retener el lquido, se rompe parcialmente y la amilosa y la amilopectina, fuertemente hidratadas, se dispersan en el seno de la disolucin. Una vez que los grnulos se rompen, la viscosidad se reduce hasta alcanzar un valor estable en el que se genera un gel cuyas caractersticas fsicas y qumicas son diferentes en cada almidn. Maisola 1960. La velocidad e intensidad de hinchamiento de los grnulos de almidn son afectados por el pH del sistema.En la experiencia realizada se pudo observar que los valores de pH menores a 5 o mayores o iguales 7 tienden a reducir la temperatura de gelificacion y acelerar el proceso de coccin a pH alcalino se reduce la temperatura y el tiempo requerido para el hinchamiento de los grnulos de almidn, mientras que en condiciones muy acidas puede favorecer la hidrolisis del en lace glicosidico con la perdida de viscosidad.

VII. CONCLUSION

Se concluye que en la formacin de gel, la fuerza y consistencia de gel depende de: Proporcin de agua y almidn (ms fuerte y consistente)Presencia de azcar competencia por el agua (menos fuerza y consistente)Presencia de cido hidrolisis (menos fuerza y consistente)

Se concluye que la temperatura de gelificacion fue diferente para cada almidn y se observ la caracterstica de espesor que presentaba cada muestra de almidn. La temperatura tambin depende de la variedad y granulo de almidn. Se concluye que cuando ms alta es la temperatura de cocimiento, menor es la viscosidad del almidn. Se concluye que el pH afecta a la intensidad de los grnulos de almidn. Se concluye que el azcar y el cido ms almidn, tienden a formar la pasta cocinada ms clara.

VIII. BIBLIOGRAFIA

ZHAO, J.; WISTLER, R. L. Spherical aggregates of starch granules as flavor carriers.Food Technology, v. 48, n. 7, p. 104-105, 1994.

Badui. (1986). Qumica de los alimentos. Mxico: Alhambra.

Qumica de los alimentos. Owen R. Fennema. Edit. Acribia, 2000

Maisola, 1960. Tecnologa de Alimentos. Cheftel, J.; Cheftel, H. 1976. Introduccin a la Bioqumica y Tecnologa de los Alimentos. Acribia. Zaragoza, Espaa.

Coenders A. 2001. Qumica Culinaria. Editorial Acribia. Zaragoza, Espaa

Tscheuschner, H. 2001. Fundamentos de Tecnologa de los Alimentos. Acribia. Zaragoza, Espaa.

25 INGENIERIA AGROINDUSTRIAL