XII CONGRESO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE ALIMENTOS Jueves 27 y Viernes 28 de Mayo de 2010 Guanajuato, Gto.

Transcripción

1 CARACTERÍSTICAS MORFOLOGICAS, TERMICAS Y DE FORMACIÓN DE PASTA DE ALMIDONES ENTRECRUZADOS DE PLÁTANO. Rodriguez-Marín M. L a., Núñez-Santiago a M. C. y Bello-Pérez L. A. a * a Centro de Desarrollo de Productos Bióticos del IPN. Km 6 carr. Yautepec- Jojutla, Calle Ceprobi No. 8, Colonia San Isidro, Apartado postal 24, 62731, Yautepec, Morelos, México. *labellop@ipn.mx. RESUMEN: El uso de los almidones nativos es limitado en la industria alimentaria, debido a que no presentan todas las propiedades funcionales requeridas. A fin de diversificar el uso de los almidones se emplean diferentes técnicas de modificación que permitan mejorar su funcionalidad. Se entrecruzó almidón de plátano empleando 3 reactivos: epiclorohidrina (EPI), trimetafosfato de sodio (STMP) y oxicloruro de fósforo (POCl 3 ), bajo condiciones alcalinas. Las condiciones de reacción fueron seleccionadas para obtener un perfil de formación de pastas similar. Los perfiles obtenidos permitieron demostrar que el entrecruzamiento da estabilidad al granulo cuando éste se somete a un tratamiento termomecánico y en dispersiones con ph ácido (ph 1.8). A través de microscopia de barrido electrónico (MEB) se observó que los gránulos no sufrieron daño en su superficie como consecuencia con la modificación química. La temperatura y entalpía de gelatinización no mostraron un cambio significativo. El entrecruzamiento incrementó la entalpía de retrogradación, indicando que los grupos introducidos en la molécula del almidón de los diferentes agentes promovieron la reasociación de las cadenas de almidón durante el almacenamiento. Palabras clave: Almidón de plátano, entrecruzamiento, propiedades fisicoquímicas. ABSTRACT: Use of native starch is limit in the food industry, because no have all functional properties, which are desirable for industry. To expand the usefulness of starches, the industry makes use of a variety of techniques for to improve its functional characteristics. Banana starch was crosslinked using different cross-linking agents: phosphoryl chloride (POCl 3 ), sodium trimetaphosphate (STMP), and epichlorohydrin (ECH). Reaction conditions were selected to produce similar pasting profiles. The effects of the different cross-linking reagents on the physicochemical and pasting profiles characteristics of cross-linked starches were evaluated by rapid viscosity analyzer (RVA) and the pasting profiles obtained demonstrated that cross-linking give stabilize to the granular structure when the starch is extended cooking times, several shear or increased acidity (ph 1.8). Microscopy study did not evidence difference in the surface of the granules. Slight decrease in the peak temperature and enthalpy were found in the cross-linked banana starch in the gelatinization. In retrogradation, the chemical groups introduced in the starch molecules by the diverse reagents promoted the re-association of starch chains during storage. Keywords: Banana starch, cross-linking, physicochemical characteristics INTRODUCCIÓN Los almidones nativos presentan baja resistencia a la cizalla, a temperaturas altas y ph ácidos, así como una alta retrogradación y sinéresis. Por lo tanto, a fin de diversificar el uso de los almidones en la industria, es muy común el uso FH771

2 de técnicas para modificar las características de las propiedades funcionales del almidón (Wurzburg and Szymanski, 1970). El entrecruzamiento es una modificación química en la cual se introducen enlaces covalentes intra e inter moleculares de manera aleatoria en el almidón. Los enlaces de puente de hidrogeno existentes en el almidón se refuerzan con nuevos enlaces covalentes, obteniendo almidones más resistentes a ph ácidos, calentamiento y cizallamiento comparados con su contraparte nativa. Los agentes más comúnmente usados para entrecruzar son: Trimetafosfato de sodio (STMP), epiclorohidrina (EPI) y oxicloruro de fósforo (POCl 3 ). STMP y EPI, reaccionan lentamente con el almidón formando di-almidones fosfato y almidones di-gliceroles respectivamente. Por su parte, el POCl 3 es altamente reactivo, reacciona rápidamente con el almidón por lo que su reacción se lleva a cabo en la superficie del granulo. Debido a esto se ha encontrado que el POCl 3 es mas efectivo para inhibir el hinchamiento del granulo. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de tres agentes entrecruzantes sobre las propiedades térmicas y características morfológicas para poder relacionarlas con su comportamiento durante la formación de pastas en condiciones acidas y neutras. METODOLOGÍA Aislamiento del almidón de nativo de plátano. El almidón del plátano se aisló siguiendo el procedimiento reportado por Espinosa-Solís y col. (2009). Reacciones de entrecruzamiento Método propuesto por Cooreman y col (1995). Morfología (Microscopia de barrido electrónico) La morfología de los gránulos de almidón fueron examinados en un XL30 ESEM (Enviromental scanning electron microscope, FEI Corporation, Eindhoven, Netherlands) con un voltaje de 10 kv. Los gránulos de almidón se espolvorearon en una cinta de celofán de doble adhesión cubierta con una capa de carbón colocada en soporte de aluminio y se cubrieron con oropaladio, posteriormente se tomaron las micrografias con una magnitud de 650X Análisis térmico Gelatinización Las propiedades térmicas de los almidones entrecruzados se examinaron por CDB, empleando un Calorímetro de Barrido Diferencial Pyris-1 (DSC, Perkin-Elmer, Norwalk,USA). 4mg de muestra se colocaron dentro de una charola de aluminio y se humectaron con 8mL de agua desionizada usando una microjeringa. La charola se selló herméticamente y se dejó humectar por 1 h. Posteriormente se realizó el análisis, en el cual la muestra se sometió a un programa de calentamiento de 25 a 120ºC, con una velocidad de calentamiento de 10ºC/min. Se considero T peak como la temperatura de gelatinización (T gel ). FH772

3 Retrogradación Una vez gelatinizadas las muestras, se almacenaron a 4 ºC, durante 7 días, posteriomente, se sometieron al mismo programa de calentamiento descrito previamente para la gelatinización. Se reporta T peak como temperatura de retrogradación(t ret ). Viscosidad de las Pastas Para determinar el perfil de viscosidad de las dispersiones de almidón, se empleó el método de la AACC (2000). Para evaluar la estabilidad de las pastas en un medio acido, se adicionó 0.49g de ácido acético glacial a la dispersión obteniendo dispersiones con un ph de 1.8 aproximadamente. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Microscopia de barrido electrónico Las imágenes obtenidas a través de microscopia de barrido electrónico para los almidones entrecruzados y el almidón de plátano, se muestran en la figura 1. No se encontraron alteraciones en la morfología de los gránulos como efecto de la reacción de entrecruzamiento, no hubo diferencias entre la morfología de los gránulos del almidón nativo y los almidones entrecruzados. Sin embargo, se observan algunos gránulos con superficie erosionada tanto en las micrografías del almidón nativo así como en los entrecruzados, lo que sugiere que esto fue ocasionado durante el proceso de aislamiento del almidón. A B C D Figura 1 Imágenes de los almidón nativo de plátano y entrecruzado: A. nativo, B. entrecruzado con POCl 3, C. entrecruzado con STMP, D. entrecruzado con EPI. Análisis térmico En la tabla 1 se resumen los parámetros obtenidos por CBD para los almidones estudiados, tanto durante la gelatinización como la retrogradación. FH773

4 El almidón nativo y el almidón entrecruzado con POCl 3 no presentaron diferencia estadística significativa en la T gel, el otro grupo sin diferencias entre si, fueron los almidones entrecruzados con STMP y EPI (Tabla 1). Se ha encontrado en la literatura que los almidones preparados con concentraciones relativamente bajas de POCl 3 presentan patrones de gelatinización similares a su contraparte nativa, sin embargo, cuando se emplean concentraciones altas del reactivo, se presentan altos valores de T gel y H gel (Choi and Kerr, 2004). En nuestras condiciones experimentales, se manejo una baja concentración de POCl 3, y así se obtuvieron bajas temperaturas de gelatinización. Tabla 1. Calorimetría de almidones de plátano durante la gelatinización y la retrogradación: ANP, almidón nativo; EPI, entrecruzado con epiclorohidrina; STMP, entrecruzado con trimetafosfato de sodio; POCl 3, entrecruzado con oxicloruro de fósforo*. Muestra Gelatinización Retrogradación (7 días) T p [ C] H [J/g] T p [ C] H [J/g] ANP 77.2 ± 0.1 a 14.0 ± 0.1 a 59.9 ± 0.6 a 6.2± 0.1 b POCl ± 0.3 a 13.5 ± 0.2 a 60.4 ± 0.1 a 5.4 ± 0.4 a STMP 75.6 ± 0.3 b 12.8 ± 0.1 b 60.9 ± 0.1 a 5.3 ± 0.4 a EPI 76.1 ± 0.1 b 13.3 ± 0.1 b 60.4 ± 0.1 a 5.6 ± 0.2 a *Promedio de tres repeticiones ± error estándar. Letras iguales dentro de la misma columna indica que no hubo diferencias significativas. Por otro lado, los parámetros de gelatinización menores al almidón nativo, STMP y EPI, son atribuidos a que el entrecruzamiento facilita la gelatinización del almidón, por lo tanto pensamos que durante proceso de la reacción se pudo ocasionar un desordenamiento parcial en el granulo, y como consecuencia la gelatinización necesito menos energía y temperatura para llevarse acabo (Morikawa and Nishinari 2000). Sin embargo, el entrecruzamiento no evitó que los tres almidones mostraran una alta tendencia a la retrogradación al igual que su contraparte nativa (Tabla 1). No se encontraron diferencias estadísticas significativas entre los almidones entrecruzados y el almidón nativo. Viscosidad de las pastas Las propiedades de las pastas de los almidones entrecruzados y el almidón nativo de plátano cocidos en condiciones neutras se muestran en la Figura 2a. Los almidones entrecruzados, no presentaron un pico de viscosidad máxima, lo cual esta relacionado con el efecto del entrecruzamiento sobre el hinchamiento del gránulo. El reforzamiento de la estructura en el almidón dio estabilidad a la estructura granular durante la cocción por esto los almidones entrecruzados no presentaron fractura de la estructura, la cual se manifiesta por la perdida de la viscosidad durante la cocción (95 C). Sin embargo, Se encontraron diferencias entre los perfiles de los almidones entrecruzados, una explicación para esto puede estar en función del modo de acción de cada uno de los agentes entrecruzantes empleados. El POCl 3, es una molécula altamente reactiva y debido a esto su reacción se da rápidamente con el almidón actuando a nivel FH774

5 de superficie del granulo. En el caso de los reactivos STMP y EPI, estos reaccionan lentamente con el almidón lo cual les permite penetrar al interior del granulo ocasionando que los enlaces cruzados se formen hacia el interior de la estructura granular. Por lo tanto, los perfiles obtenidos para los almidones STMP y EPI sugieren que en estos almidones formaron mas enlaces entrecruzados que el almidón POCl 3. Figura 2 Perfil de viscosidad de las pastas de los almidones entrecruzados y el nativo, (a) en medio neutro y (b) en medio acido. ANP, almidón nativo; EPI, entrecruzado con epiclorohidrina; STMP, entrecruzado con trimetafosfato de sodio; POCl 3, entrecruzado con oxicloruro de fósforo. La estabilidad de las pastas de los almidones entrecruzados y nativo en medio acido se muestran en la figura 2b. El almidón entrecruzado con POCl 3 presentó un perfil de viscosidad similar al almidón nativo, lo que sugiere que a pesar de los enlaces fosfatos formados por el reactivo POCl 3 en el almidón, este fue susceptible a la hidrólisis ácida y el entrecruzamiento no fue suficiente para mantener la integridad de la estructura granular bajo estas condiciones, indicando que este almidón esta menos entrecruzados que los otros dos (STMP y EPI). Este patrón es atribuido al modo de acción de los agentes entrecruzantes. POCl 3 por su reacción rápida con el almidón forma enlaces FH775

6 fosfatos hacia la periferia del granulo, mientras que STMP y EPI reaccionan lentamente con el almidón, lo que permite que se difunda hacia el interior de los gránulos, distribuyéndose en todo el volumen granular. Se han postulado que el acido ataca primero la región amorfa del granulo, y degrada tanto a amilosa como amilopectina contenidas en la región amorfa (Wang y col., 2003). Por lo tanto, esto sugiere que los enlaces cruzados ester y eter formados por STMP y EPI pueden localizarse al interior del granulo tanto en la región amorfa como en la cristalina, permitiendo que la estructura granular sea resistente a la hidrólisis acida, evitando la fractura de la estructura granular durante la cocción y permitiendo la gelificación del almidón (50 C). CONCLUSIONES Se encontró un ligero decremento en los parámetros de gelatinización de los almidones entrecruzados de plátano, sin embargo mostraron alta tendencia a la retrogradación. Las pastas de los almidones entrecruzados presentaron estabilidad durante el tratamiento termo mecánico. Se encontraron diferencias bajo condiciones acidas que dependen del agente entrecruzante utilizado, debido a que el agente EPI produjo almidones entrecruzados con mas alta estabilidad. REFERENCIAS AACC. (2000). Approved Methods of the American Association of Cereal Chemists, 10 th Vol. 11. St Paul, M.N. Cooreman, L., F., Rensburg, Van H., & Delcour, J., A. (1995). Pasting profiles and solubility of native and cross-linked corn starch in dimethylsulfoxide-water mixtures. Journal of Cereal Science 22: Espinosa-Solís, V., Jane, J-L & Bello-Perez, L.A. (2009). Physicochemical characteristics of starches from unripe fruits of mango and banana. Starch/Stärke 61: Morikawa T, Nishinari K. (2000). Rheological and DSC studies of gelatinization of chemically modified starch heated at various temperatures. Carbohydrate Polymers. 43: Wurzburg, O., B. & Szymanski, C., D. (1970). Modified Starches for the Food Industry. Journal. of Agriculture and Food Chemistry. 18 (6): Wang, Y-J, Truong V-D, Wang, L. (2003). Structures and rheological properties of corn starch as affected by acid hydrolysis. Carbohydrate Polymers. 52: FH776