Figura 1. Difractograma de Rayos X de los diferentes almidones.
En el presente proyecto de investigación se estudiaron las características fisicoquímicas y morfológicas de polisacáridos de avena, arroz, cebada, mijo y maíz. La composición química se determinó mediante un análisis proximal, donde se encontró que el almidón de arroz contenía 0.49% de cenizas, 2.71% de proteína y 96.79% de carbohidratos. El almidón de cebada presentó 0.76% de cenizas, 2.85% de proteína y 96.38% de carbohidratos. En el almidón de mijo se encontró 0.92% de cenizas, 2.98% de proteínas y 96.09% de carbohidratos. Finalmente el almidón de maíz presentó 0.299% de cenizas, 2.898% de proteínas y 96.803% de carbohidratos. Todos los almidones mostraron el mismo patrón de difracción, tipo A, medido por difracción de Rayos X. El análisis por espectroscopia infrarrojo no mostró modificaciones moleculares entre los almidones. Las propiedades térmicas medidas por DSC, evidenciaron que el almidón de mijo fue el que presentó mayores valores de temperatura inicial, de gelatinización y final. Morfológicamente, los almidones presentaron diferencias, el de arroz mostró una forma poliédrica, en los de avena y arroz se observaron formas lenticulares, el almidón de cebada también mostró formas esféricas, y en mijo y maíz se encontraron formas poliédricas y esféricas.
Palabras clave: cereales, almidón, morfología.
In this research project, the physicochemical and morphological characteristics of polysaccharides of oats, rice, barley, millet and corn were studied. The chemical composition was performed by proximate analysis, where, it was found the rice starch containing 0.49% ash, 2.71% protein and 96.79% carbohydrates, starch of barley was 0.76% ash, 2.85% protein and 96.38% carbohydrates, millet starch showed values of 0.92% ash, 2.98% protein and 96.09% carbohydrates, finally starch of corn 0.299% ash, protein 2,898% and 96,803% carbohydrate was found. In all starches, the same diffraction pattern, type A, was found, it was measured by X-ray diffraction. Evaluation by infrared spectroscopy showed no change between molecular starches. The thermal properties by DSC showed that millet starch has higher temperature values, initial, gelatinization and final. Morphologically, the starches showed differences, rice starch showed a polyhedral shape, in starches of oats and rice were observed lenticular shape, barley starch also showed spherical shapes, and in millet and maize, polyhedral and spherical forms were found.
Keywords: cereal, starch, morphology.
Los cereales son gramíneas, herbáceas cuyos granos o semillas están en la base de la alimentación. El almidón es un componente importante de los cereales y se encuentra en el endospermo, aunque su distribución dentro de este difiere. Este polisacárido esta organizado en partículas discretas conocidas como gránulos, cuya morfología, composición química y estructura son características de cada especie botánica (Bello et al., 1999).
El almidón es un carbohidrato que ha sido parte fundamental de la dieta del hombre desde los tiempos prehistóricos, al que también se le han dado un gran número de usos industriales. Después de la celulosa, es probablemente el polisacárido más abundante e importante desde el punto de vista comercial. Químicamente es una mezcla de dos polisacáridos muy similares, la amilosa y la amilopectina. (Badui, 1999).
Los cereales cuyos almidones se caracterizaron en este trabajo fueron: arroz, avena, cebada, maíz y mijo.
Para la determinación del patrón de difracción de rayos X se utilizó la metodología propuesta por Casarrubias-Castillo et al. ( 2012) Se empleó un difractómetro de rayos X (Modelo Equinox 2000, Marca Inel), equipado con una fuente de cobre, operado a un voltaje de 50 kV y un amperaje de 30 mA, para producir una radiación con una longitud de onda (λ) 1.543 Å.
Los espectros de IR por transformada de Fourier (FTIR) se obtuvieron mediante el método de Pushpamalar et al. (2006). La muestra seca se mezcló con KBr en una relación 4:1 de almidón/KBr. La mezcla se prensó para obtener una pastilla y se analizó en un espectrómetro Nicolet Magna-IRTM 500. Cada espectro se analizó en un intervalo de resolución de 400-4000 cm¹, se realizaron 16 barridos.
El comportamiento térmico se evaluó aplicando el método de Paredes et al. (1994), por calorimetría diferencial de barrido (DSC). Se usó un calorímetro modelo 822E Mettler Toledo Grie Zurichsz. La calibración del equipo se llevó acabo con Indio (In) (Tp= 156.6 °C, ΔH=28.4 J/g y un flujo de calor de 20 ml/min), utilizando una charola vacía de aluminio como referencia. La prueba se realizó de 25° a 95°C con una velocidad de calor de 5°C/min y 20% de sólidos con relación de 1:4 (Almidón: Agua) en charolas de aluminio. Una vez establecida la relación respecto a cada almidón se selló la charola herméticamente y se dejó equilibrar la humectación durante 30 min. La temperatura de inicio (Ti), temperatura de gelatinización o de pico (Tp), Temperatura final (Tf) y la entalpía (ΔH) fueron obtenidas a partir de termogramas, empleando el software TA Instrumens OS/2 versión 2.1.
Cada una de las muestras se colocó sobre una cinta conductora de doble adhesión, la cual se fijó previamente en un soporte de aluminio. Posteriormente, se recubrieron con una capa de oro en el electro-depositador (marca Denton modelo Vaccum Desk II). Se utilizó un microscopio electrónico de barrido (MEB, marca JOEL, Modelo JSM-6300) a un voltaje de 20 KV, 17 mm. Las fotografías se tomaron por triplicado a las siguientes amplitudes 1000x, 2000x y 3000x.
El patrón de difracción de rayos X mostró que no existe modificación en la estructura cristalina de los diferentes almidones, ya que presentan un patrón Tipo A, que es característico de los almidones provenientes de cereales (Belitz, 2009), como se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Difractograma de Rayos X de los diferentes almidones.
En los espectros FTIR (Figura 2) se observa que los almidones no mostraron modificaciones moleculares, la vibración que se observa entre 3600-3000cm-1 corresponde al agua, la banda de 2929cm-1 corresponde a la vibración de alargamiento del hidrógeno con respecto al enlace carbono (Fang et al., 2002), lo cual indica el ordenamiento de corto alcance a nivel de los enlaces en la estructura de los almidones.
Figura 2. Espectroscopia de Infrarrojo de los diferentes almidones.
La Figura 3, muestra las temperaturas de punto de gelatinización de cada uno de los almidones, donde se puede apreciar que el almidón de mijo fue el que obtuvo mayores valores en la temperatura inicial (69.88°C), temperatura de gelatinización (73.53°C), y temperatura final (76.68°C). Los almidones de avena y de cebada presentaron las temperaturas de gelatinización menores, entre 56.8 y 59.7°C, en tanto que los almidones de arroz y de maíz mostraron valores medios, entre 66.5 y 67.3°C. La FAO (1991) reporta una temperatura de gelatinización para la variedad de Mijo Perla de 68°C con un porcentaje de amilosa de 21% en comparación de otras variedades de mijo. A pesar de provenir de la misma fuente botánica (cereales) tienen diferentes puntos de gelatinización cada uno de los almidones, esto se debe a la relación de la amilosa-amilopectina.
Figura 3. Termograma de los diferentes almidones
Los almidones presentaron diversas morfologías, en el de arroz se observó una morfología poliédrica, lenticular en el de avena y lenticular y esférica en el de cebada. Los almidones de mijo y de maíz mostraron estructuras poliédricas y esféricas. Estas formas están relacionadas al tipo de cereal. Como se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Micrografías a 1000x de los diferentes almidones A) Arroz, B) Avena, C) Cebada, D) Maíz, E) Mijo.
Con la microscopia se observó que los gránulos de almidón de avena, cebada y maíz presentan una superficie lisa, lo cual indica que los gránulos de estos almidones no presentaron poros, surcos ni fracturas o grietas, en comparación de los gránulos de almidón de arroz que muestran una apariencia rugosa y los de almidón de mijo, poros con pequeñas grietas.
Los almidones de los diferentes cereales evaluados mostraron un patrón de difracción de rayos X tipo A. No presentaron modificaciones moleculares debido a que cuentan con los mismos grupos funcionales. La morfología de los almidones varió con la fuente de cereal. Las variaciones de temperatura en los puntos de gelatinización pueden asociarse con el tamaño del gránulo y la relación amilosa-amilopectina. Es importante continuar el estudio de las propiedades de estos almidones, debido a que pueden ser alternativas para la elaboración de nuevos productos.
Los autores agradecen el financiamiento otorgado por el FOMIX-HGO-2012-01-192649 al proyecto de Fortalecimiento a las Líneas Innovadoras de Investigación Aplicada y Desarrollo Tecnológico (LIIADT) del Área de Biotecnología de Alimentos del Estado de Hidalgo y al proyecto de cátedras CONACyT 1232 de Nuevos productos innovadores que impacten a la salud del consumidor y a la industria alimentaria. Así como al Área de Química en Alimentos y al área de Ciencias de los Materiales de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.
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Casarrubias-Castillo, M. G., Méndez-Montealvo, G., Rodríguez-Ambriz, S. L., Sánchez-Rivera, M. M., & Bello-Pérez, L. A. (2012). Diferencias estructurales y reológicas entre almidones de frutas y cereales. Agrociencia, 46(5), 455-466. Recuperado en 04 de septiembre de 2015, de Link de acceso
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Pushpamalar, V., Langford, S.J., Ahmad, M., Lim Y.Y. (2006). Optimization of reaction conditions for preparing carboxymethyl cellulose from sago waste. Carbohydrate Polymers, 64: 312-18.
[a]Departamento de Ingeniería Bioquímica, Instituto Tecnológico Superior de Misantla, Carretera a Loma del Cojolite Km. 1.8., Misantla, Veracruz, C.P. 93821.
[b]Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Carretera Pachuca-Tulancingo km 4.5, Ciudad del Conocimiento, Mineral de la Reforma, Hidalgo 42184, México.
[c]Investigador Cátedras-CONACyT comisionada a Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Autor de correspondencia. Correo-e: fabiguzman01@yahoo.com.mx, Tel: 017717172000 Ext. 2514