La industria de alimentos, busca alternativas al uso de almidones modificados químicamente, debido a la demanda de productos naturales por parte del consumidor, y la disminución del impacto ambiental por el uso de tratamientos químicos (Hernández, 2008). Una alternativa, es el uso de almidones nativos en mezcla, las cuales en función de la fuente botánica y la proporción de cada uno de los almidones, presentan cambios en sus propiedades térmicas, de viscosidad, de textura, de retrogradación y de absorción de agua, con respecto a cuándo los almidones se encuentran de forma individual (Waterschoot et al., 2014). Fonseca (2013), estudió mezclas de almidón de papa con almidón de maíz ceroso, con una variación en la proporción del 20%, reportó cambios de forma más notoria en las propiedades funcionales y mecánicas, en base a ello, el objetivo del presente trabajo fue conocer el comportamiento y contribución de los almidones de maíz ceroso (Zea mays) y papa (Solanum tuberosum), cuando se encuentran en mezcla, a través del estudio de las interacciones inter y extra moleculares, en función de variación en la proporción del almidón de papa en las mezclas de un 5%, mediante la determinación de sus propiedades térmicas por calorimetría diferencial de barrido, propiedades funcionales como el perfil de viscosidad, el perfil de textura, el poder de hinchamiento y el índice de solubilidad en agua, así como los cambios estructurales por difracción de microscopia óptica acoplada a luz polarizada y difracción de rayos X a bajo (SAXS) y amplio (WAXS) ángulo.
Palabras clave: almidones nativos, mezclas, interacciones, cambios.The food industry have been investigated alternatives to change the chemical modified starches, due to the consumers demand natural products and the reduction of environmental impact through the use of chemical treatments (Hernández, 2008). A new alternative is the use of native starches in the mixture, which depending the botanical source and the proportion of each one can present changes in their thermal properties like viscosity, texture, retrogradation and water absorption (Waterschoot et al., 2014). Fonseca (2013), studied the mixture of potato and waxy maize starches and reported changes in their functional and mechanical properties. The objective of the present study was to determine the behavior and contribution of mixtures of waxy maize (Zea mays) and potato (Solanum tuberosum) starches through inter and extra molecular interactions evaluating their thermal properties by differential scanning calorimetry; their functional properties such as viscosity profile, texture profile, swelling power and solubility index in water; as well as their structural changes by diffraction optical microscopy coupled to polarized light, small-angle X-ray scattering (SAXS) and wide-angle X-ray scattering (WAXS).
Keywords: native starch, mixture, interaction, change.Las propiedades fisicoquímicas y funcionales de los almidones nativos, están influenciadas por su estructura granular y molecular, esto les permite poder actuar en diferentes sistemas como: espesante, estabilizante, gelificante, agente de retención de agua, etc., y puedan ser utilizados como aditivos en alimentos (Singh et al., 2003). El almidón nativo es un buen estabilizador de la textura y regulador en los sistemas alimentarios (Sajilata et al., 2005), sin embargo su uso se ve limitado por su baja resistencia a la cizalla, a altas temperaturas, a la acidez, baja capacidad de gelificación y alta tendencia a la retrogradación, lo cual conlleva a que estos polímeros se sometan a diferentes modificaciones químicas, físicas y/o enzimáticas (Singh et al., 2007). La industria alimentaria busca alternativas al uso de almidones químicamente modificados, debido a la demanda por parte del consumidor de productos naturales, libres de aditivos sintéticos, así como minimizar el impacto ambiental ocasionado por el uso de diferentes químicos durante el proceso de obtención (Hernández, 2008).
Una alternativa a las modificaciones químicas de almidón, es el uso de almidones nativos en mezcla, ya que en función de la fuente botánica, contenido de amilosa, contenido de humedad y de las proporciones utilizadas, se han reportado cambios en las propiedades térmicas, de viscosidad, de textura, de retrogradación y de absorción de agua en dichas mezclas, sin necesidad de realizar cambios a la estructura del almidón nativo (Waterschoot et al., 2014).
Fonseca (2013), realizó un estudio en el que comparó las propiedades estructurales, térmicas y mecánicas de almidones nativos de maíz ceroso y papa, así como mezclas a partir de dichos almidones, en proporciones con una variación del 20% y con un contenido de humedad del 80%. De forma general reportó que a 60 y 70 ºC, el almidón de maíz ceroso, con un tamaño promedio de partícula de 10.2 m, absorbe menos agua que el almidón de papa con un mayor tamaño de partícula de 27.1 m, mientras que a 80 y 90 ºC, este comportamiento se invierte, sin embargo, a temperaturas por encima de los 70 ºC, la mezcla 60% almidón de maíz ceroso/40% almidón de papa, presentó una capacidad de absorción mayor que la de los almidones puros. En propiedades como las mecánicas, en el parámetro de dureza, reportó que está es mayor en las mezclas que en los almidones puros, y mostró un incremento proporcional a la concentración de papa presente en las mezclas. En base en lo descrito anteriormente, se puede observar que las mezclas no siguen un patrón de comportamiento, y varían en función de alguno de los dos almidones dependiendo la propiedad determinada, curiosamente la contribución de cada uno de estos almidones, no es equivalente al valor total obtenido en cada una de las mezclas, en general no obtuvo una mezcla que sobresaliera o fuera constante en cada una de las propiedades determinadas, por lo cual en el presente trabajo se pretendió conocer como es el comportamiento y contribución de cada uno de los almidones cuando estos se encuentran en mezcla y cómo influyen en sus propiedades, se plantea que si la variación en la proporción del almidón de papa es menor (5%), se podrá monitorear su comportamiento y conocer las interacciones inter y extra moleculares entre dichos almidones, tener una visión más clara de las interacciones entre estos almidones es fundamental para proponer el potencial uso de las mezclas, así como para el desarrollo de nuevos productos. Dentro de las características de los almidones empleados en el presente estudio se tiene que el almidón de papa al ser un tubérculo presenta un patrón de difracción de tipo B, gránulos con forma oval y superficie lisa (Singh et al., 2003), tamaño de gránulo de 5-100 µm, con alto poder de hinchamiento y solubilidad, contenido de amilosa que varía de 23 a 31% (Singh et al., 2003), con un alto contenido en mono-ésteres de fosfato, lo que contribuye a la alta viscosidad y también a la alta transparencia de las pasta (Hoover, 2001), por su parte el almidón de maíz ceroso tiene forma de gránulo poliédrica, con una variación en su tamaño de 1 a 7 µm para los gránulos pequeños y de 15 a 20 µm en grandes, presenta un bajo contenido de amilosa (< 1%), por lo que forma geles claros y débiles (Singh et al., 2003).
Almidón comercial de maíz ceroso y almidón de papa marca Nitra Comercial S.A de C. V., a partir de los cuales se preparó mezclas, en las proporciones: 100/0, 70/30, 65/35, 60/40, 55/45, 50/50, 65/35, 30/70, 25/75,15/85, 0/100. A un 80% de humedad
Caracterización de almidones nativos de maíz ceroso y papa. Se empleó Microscopía Electrónica de Barrido (MEB). Para ello se utilizó un microscopio electrónico de barrido de bajo vacío (modelo JEOL JSM-5600 Akishima, Tokyo, Japón), cada almidón colocado sobre cinta grafito en un porta muestras se recubrió con oro en una maquina ionizadora (Denton Vaccum), a 20 militorr y 20 mA durante cuatro minutos, las muestras se observaron a 500 y 1000 X. Determinación del porcentaje de amilosa. Se empleó el kit enzimático Megazyme, se precipitó la amilopectina utilizando concanavalina A (Con-A), en el sobrenadante se obtuvo la amilosa que se hidrolizó a glucosa (Li y Yeh, 2001). Determinación del contenido proteico. Se determinó por triplicado, mediante el método 954.01 de la AOAC. Determinación del porcentaje de fósforo. Se determinó por triplicado de acuerdo al método 995.11 de la AOAC. Distribución y tamaño de partícula. Se evaluó por triplicado, mediante un analizador de difracción de rayos laser, en un equipo LS13-320 (marca Beckman Coulter).
Propiedades térmicas. La gelatinización de los almidones puros como de sus respectivas mezclas se determinó en un calorímetro diferencial de barrido (DSC) (Modelo 822E. Mettler Toledo, Griefensee, Zurich Sz), el cual se calibró con indio (In) (Ti = 156.6 ºC, ∆H = 28.4 J/g), se pesó de 4.5 a 5 mg de muestra y se adicionó agua destilada necesaria para tener una proporción 1:4 (almidón/agua) en un crisol de aluminio estándar de 40 µL. El proceso de gelatinización se evaluó en el intervalo de 25 a 100 ºC con una velocidad de calentamiento de 5 ºC/min, las muestras se almacenaron a 4 °C durante 22 días y bajo estas mismas condiciones se analizaron para determinar la retrogradación de las muestras.
Propiedades funcionales. Índice de solubilidad en agua (ISA) e Índice de absorción de agua (IAA). Se determinó cómo % y g de agua absorbida/g de muestra, respectivamente, al 10% de sólidos y diferentes intervalos de temperatura (25, 60, 70, 80 y 90 °C), de acuerdo a lo establecido por Anderson et al. (1969), con algunas modificaciones. Análisis de perfil de textura (TPA). Muestras de gel de 17 mm de diámetro por 1 cm de alto almacenados a 4°C durante 24 y 48 h, se sometieron a dos ciclos de compresión a un 30% de su altura inicial con una velocidad de 200 mm/min en un texturometro (TA.XT.Plus, Texture Analyser). Determinación de perfiles de viscosidad. En un reómetro (AR11500, TA-Instruments), se simuló un análisis rápido de viscosidad (RVA), bajo las condiciones establecidas en la AACC (1999).
Cambios estructurales. Se determinaron mediante Microscopía óptica acoplada a luz polarizada. Un portaobjetos con una gota de una dispersión de almidón al 20% de sólidos, se colocó en una platina de calentamiento acoplada a un microscopio óptico (OLYMPUS BX60), se observó por contraste de fases mediante luz polarizada a 200x, en un intervalo de temperatura de 30 a 80 °C, con una velocidad de calentamiento de 5 °C/min. Dispersión de Rayos X a bajo (SAXS) y amplio (WAXS) ángulo. Muestras de almidones nativos se analizaron en base seca y húmeda (80%), mientras que las mezclas solo en base húmeda, a temperaturas de 25, 30, 45, 50, 59, 71 y 80 °C, en un equipo SAXSess mc2 marca Anton Para, a 40 Kv, 50 mA, =0.1542nm, durante 2 min, a 50 milibar.
En base a la morfología y composición química de cada almidón, se ejerce una competencia por el agua del medio, las mezclas muestran un comportamiento no aditivo, de manera general en función de ninguno de los dos almidones se puede predecir un patrón de respuesta en las propiedades determinadas.
AACC. (1999). Approved Methods of Analysis, 11th ed. Method 76-21.01. General Pasting Method for Wheat or Rye Flour or Starch Using the Rapid Visco Analyser. Approved November 3, 1999. St. Paul, MN, U.S.A: AACC International.
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Waterschoot, Jasmien, Gomand, Sara V., Fierens, Ellen, y Delcour, Jan A. (2014). Starch blends and their physicochemical properties. Starch - Stärke, 67(1-2), 1-13. doi: 10.1002/star.201300214.
[a] Instituto de Ciencias Agropecuarias, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Rancho Universitario. Av. Universidad Km 1 Ex Hda. De Aquetzalpa AP 32, Tulancingo, Hidalgo, CP 43600. México.
[b] Área Académica de Química, Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería, Ciudad del Conocimiento, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Carretera Pachuca-Tulancingo, Km 4.5. 42183, Mineral de la Reforma, Hidalgo, México.
[c] Catedrática CONACyT, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, México.