INFORME DE ALMIDONES.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS “MODIFICACIÓN DE ALMIDÓN Tecnología de alimentos II DE LA PAPA AMARILLA”

CATEDRÁT ICO:

ALUMN

Ing. JOSE LUIS SOLIS ROJAS CASTILLO CARHURICA, Giancarlos CCORA CALDERON, Yessica Eva DE LA CRUZ YUPANQUI, Aldo MEDINA HUARCAYA, Marili MELGAR VILCHEZ, Melissa PAUCAR LINDO, Mary QUISPE SALAZAR, Lurdes

-2015 I. HUANCAYO INTRODUCCION

TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS II

En una variedad de tejidos de origen botánico, incluyendo los frutos, semillas, hojas y tubérculos, se encuentra el almidón. Este posee la característica de ser la reserva de carbohidratos de las plantas, es insoluble en agua fría y generalmente está depositado como diminutos gránulos de tamaño entre 1 a 100 micrómetros y con la posibilidad de tener mayores diámetros. Las diferentes características del almidón, no sólo la morfología y el tamaño del gránulo, sino también la calidad y la composición que posee, están muy relacionadas con la procedencia de la fuente vegetal de la cual se obtiene y a su vez puede variar las características entre la misma especie. El almidón está constituido esencialmente por una mezcla de polisacáridos conformada por amilosa y la amilopectina, y una fracción minoritaria (de 1% a 2%) de conformación no glucosídica. La mayoría de los almidones en su estructura glucosídica está conformada por 20% de amilosa, y el restante 80% de amilopectina. La funcionalidad y propiedades del almidón, como la resistencia mecánica y la flexibilidad, relacionadas con el carácter de la región cristalina, dependen de la relación entre la amilosa y la amilopectina, del grado de ramificación y de la distribución del peso molecular. Varios estudios se han enfocado en la utilización del almidón no modificado, por ser un producto biodegradable, con características no tóxicas, de naturaleza abundante y de bajo costo. El almidón nativo es usado actualmente en la industria como recubrimientos. Sin embargo, el uso del almidón sin modificar es limitado debido a su fragilidad en el área de empaques, el deterioro de las propiedades mecánicas a condiciones ambientales por la exposición con la humedad, la

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reducida

procesabilidad

debido a

su

alta

viscosidad,

así

como

su

incompatibilidad con algunos solventes y polímeros. Debido a las limitaciones de los almidones en cuanto a propiedades mecánicas y químicas, y a su alta degradación, se realizan modificaciones, que pueden realizarse por tres métodos: reacciones de cambios de tipo físicos, químicos y microbianos o por una combinación entre estas. El presente informe se centrará en la modificación del almidón en sus tres diferentes procesos como: GELATINIZACION, HIDROLIS ENZIMATICA E HIDROLISIS ACIDA. Objetivos:

II. II.1.

REVISION BIBLIOGRAFICA

ALMIDON EN LOS ALIMENTOS

El almidón proviene de diversas fuentes con diferentes estructuras cristalinas. Los granos de cereal como maíz, trigo arroz y tubérculos como papa, camote que son fuentes de almidón, lo son raíces y tubérculos. Por ejemplo, la tapioca, la raíz de la mandioca, y las patatas se usan frecuentemente en la preparación de alimentos sin gluten. Los gránulos de almidón forman diversos granos que difieren en el tamaño, oscilando desde 2 a 150 micras y en la forma, que puede ser redonda o poligonal, como se ve en las fotos de microscopia electrónica del maíz, trigo y maíz céreo.

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Figura 1: Fotografía de microscópica de barrico de granos de maíz común aumentados 2.000 veces. Fuente: University-Whistler Center for Carbohydrate Research. II.2. El

ESTRUCTURA Y COMPOSICION DEL ALMIDON almidón

amilopectina,

está y

constituido ambas

partes

por

dos

están

moléculas, conectadas

amilosa por

y

uniones

glicosídicas. Las moléculas de amilosa suponen aproximadamente la cuarta parte del almidón ( aunque algunas variedades como los almidones céreos no contienen amilosa ). La amilosa es una cadena lineal compuesta de miles de unidades de glucosa con uniones entre el carbono 1 y el carbono 4 de las unidades de glucosa y, por lo tanto, constituida

por

uniones

glicosídicas

alfa

1-4.

(http://www.uco.es/master_nutricion/nb/Vaclavik/almidones.pdf).

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Figura 2: Estructura del almidón. Fuente: Geissman, (1974). La amilosa es esencialmente un polímero lineal

en el que las

unidades de glucosa están unidas en 1,4 por enlaces

α-

glucosídicos:

Figura 3: Estructura de la amilosa. Fuente: Geissman, (1974). La hidrólisis parcial del almidón da maltosa:

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Figura 4: Estructura de la maltosa. Fuente: Geissman, (1974). La amilosa forma una red tridimensional cuando se asocian las moléculas al enfriarse y es la responsable de la gelificación de las pastas cocidas frías de almidón.

Figura 5: Fotografía de microscopia electrónica de barrido de trigo aumentado 600 veces. Fuente: Purdue University-Whistler Center for Carbohydrate Research.

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Figura 6: Fotografía de microscopia electrónica de barrido de maíz céreo aumentado 1.000 veces. Fuente: Purdue University-Whistler Center for Carbohydrate Research. Los almidones ricos en amilosa mantienen su forma cuando se moldean; gelifican; mientras los almidones sin amilasa espesan pero no gelifican. Ejemplos del contenido de amilosa de almidón de diversas procedencias incluyen granos de cereal: 26-28 %, raíces y tubérculos: 17-23% y variedades céreas de almidón: 0% Las moléculas de amilopectina suponen aproximadamente tres cuartos de los polímeros en un granulo de almidón. La cadena de glucosa de la amilopectina contienen contiene uniones alfa 1-4 con ramificaciones alfa 1-6 cada 15 -30 unidades de glucosa de la cadena. Las uniones son entre el carbono 1 de la glucosa y el carbono 6 de la ramificación.

Las

cadenas

son

muy

ramificadas

(pero

menos

ramificadas que la forma de carbohidrato de reserva animal, el glucógeno). Como se mencionaba antes, solo la amilosa forma un gel. Los almidones con un porcentaje alto de amilopectina espesaran una

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mezcla pero no forman un gel porque, a diferencia de la amilosa, las moléculas de amilopectina no se asocian y forman enlaces químicos. ( http://www.uco.es/master_nutricion/nb/Vaclavik/almidones.pdf.) Hidrolisis enzimática: El almidón está compuesto principalmente por dos tipos de polímeros de glucosa, la amilosa y la amilopectina. Estos dos polímeros influyen de manera determinante en la susceptibilidad a la hidrólisis ácida y enzimática aún cuando los almidones procedan de la misma fuente botánica los que presentan mayor contenido de amilosa muestran mayor resistencia a la hidrólisis enzimática y ácida. Fennema (2000). Se utilizan α,β- amilasas ,amiloglucosidas, pululanasas y fosforilasas, obteniendo productos como jarabes, mezclas de dextrinas, maltosa, glucosa y almidón modificado, esta modificación da como resultado que el almidón forme geles de gran claridad y muy fuertes y soluciones de menor viscosidad. Fennema (2000). La glucoamilasa es una exo enzima que comienza la hidrólisis en los extremos no reductores de los polisacáridos atacando enlaces α 1-4 y α 1-6, convirtiendo el almidón completamente en unidades de glucosa. Fennema (2000). La amilosa en el gránulo de almidón constituye del 17 al 27% en los órganos de almacenamiento como en el endospermo de los granos de maíz y el tubérculo en la papa. [23]. Generalmente el contenido de amilosa en el maíz es de 27% [23,25] y en la papa es de 22%. [23] En el presente trabajo el maíz presentó un menor contenido de amilosa que el almidón de papa, esto se debe a que el contenido de amilosa puede variar ya que en la misma especie botánica pueden existir diferencias genotípicas. [24] Fennema (2000).

II.3.

ALMIDÓN DE PAPA

El almidón, que constituye el 65-80% de la materia seca total de los tubérculos de papa, se forma alrededor de los plastidios de las células del parénquima. La sustancia depositada forma granos de forma ovalada, con un tamaño variable de 3 x 25 micras a 66 x 71 micras.

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Estos granos se arreglan en anillos de forma excéntrica, en el caso de la papa. El almidón está formado por una larga cadena de moléculas de un polímero de glucosa. Las moléculas se arreglan ya sea en forma lineal, dando origen a la amilosa, o en forma ramificada, amilopectina; tales compuestos se encuentran en la relación 3:1. La hidrolisis del almidón se efectúa por enzimas, produciendo dextrinas y azucares. Existen dos enzimas: la alfa y la beta amilasa. La alfa amilasa hidroliza la molécula de almidón acortando las cadenas, lo que disminuye la viscosidad del almidón. La beta amilasa produce maltosa, que no es coloide y tiene sabor dulce. Los azucares (glucosa, fructosa, sacarosa, maltosa formados por la hidrolisis del almidón mediante fermentación, producen alcohol etílico, butílico, isopropílico, 2-3 butamediol, acetona y ácidos: acético, láctico, cítrico, glucónico, itacónico, fumarólico y ascórbico. El almidón de papa se usa en un 60% en la industria papelera, en un 30% en la industria textilera y en un 10% como alimento y en otros usos. El almidón de papa se emplea además en la fabricación de alimentos para bebes, productos de repostería, pasteles, galletas, en la industria de farmacia para bandas adhesivas, polvos para aplicaciones dermatológicas, para hacer píldoras y tabletas; en la industria de la cerámica; para cerillas, para jabones y polvos de lavar; para papel fotográfico, para encuadernación, y en la industria manufacturera de papeles y cartones. (Moltaldo, 1984). Figura 7: Microfotografías 20x. Almidones nativos: A. Yuca, B. Papa, C. Ñame Fuente: Montaldo (1984). II.4.

HIDROLISIS ENZIMATICA

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En la naturaleza abundan enzimas capaces de almidones.

La

movilización

del

almidón

(y del

hidrolizar los glicógeno,

un

carbohidrato de reserva de los animales, semejante a la amilopectina) exige su eventual conversión en glucosa. En el hombre, los importantes enzimas que realizan este proceso son las amilasas salivares y las amilasas del tracto digestivo (principalmente las procedentes del páncreas). Estos enzimas transforman los almidones en maltosa y los fragmentos de polisacáridos que quedan como residuo después que las cadenas laterales de la amilopectina han sido degradadas en las uniones 1,6. Se conocen enzimas capaces de degradar las cadenas de amilosa separando los residuos terminales no reductores uno a uno, y otros que actúan selectivamente sobre las uniones α-1,6 de la molécula de amilopectina. (Geissman, 1974). Se debe colocar 25 ml de la dispersión de almidón al 3,0% (m/v) y añadir 5,0 ml de una disolución de amilasa salival. Colocar este frasco en un baño de agua a 37°C. (Herrera R., Bolaños N. y Lutz G., 2003) II.5. HIDROLISIS ACIDA Para llevar a cabo la hidrolisis acida se debe colocar 25 ml de la dispersión de almidón al 3,0% (m/v) en un frasco cónico de 100 ml y

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añadir 5,0 ml de disolución de HCl a 3M. Colocar el frasco en un baño de agua hirviendo. (Herrera R., Bolaños N. y Lutz G., 2003).

III.

MATERIALES Y METODOS

III.1. MATERIALES  Muestra: Almidón de papa amarilla



Reactivos:

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Agua Agua

Bicarbonat Bicarbonat o de calcio calcio o de

α-amilasa α-amilasa

amilogluco amilogluco sidasa sidasa

ácido ácido sulfurico sulfurico

hidroxido hidroxido de sodio de sodio

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 Materiales:

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7 VASOS DE PRECIPITACION

vVISCOSIME TRO

VARILLA

BALANZA

MATERIALES

PROBETA

TERMÓMET RO

MATRAZ Y SU EMBUDO BAÑO MARIA

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III.2.

MÉTODOS

DIAGRAMA DE PROCESO DE MODIFICACION DEL ALMIDÓN DE PAPA AMARILLA GELATINIZACIÓN:

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SOLUCION DE ALMIDON 5%.

GELATINIZACION CALENTAMIENTO BAÑO MARIA A 50, 70 Y 90°c

CARACTERIZACION

SECADO

CARACTERIZACION FISICOQUIMICA

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HIDROLISIS ACIDA:

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Preparar 500ml de la solucion de almidón al 5% (P/V) en un matraz de un 1 L. Adicionar 15 % de acido clorhídrico a una concentrcion de 1,5 N (20 mL). Autoclave por 30 min.

Medir la viscocidad a 90, 70 y 50 °C.

Filtrar con papel filtro.

Neutraliza con NaOH al 1N y medir sus °Brix.

Concentrar hasta 12 °Brix.

Medir viscosidad a 70 °C.

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HIDROLISIS ENZIMATICA:

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Preparar 500ml de la solucion de almidón al 5% (P/V) en un matraz de un 1 L. Adicionar 0.02% CaOH. Adicionar 0.01% de amilasa. Gelatinizar el almidon hasta 80°C y medir °Brix. Enfriar, a 70 °C agregar 0,01 % de amilasa. Incubar por 30 min. Y medir °Brix. Medir viscosidad a 70 °C. Neutralizar pH con HCl al 0,1 N (4,5-5,2). Sembrar glucoamilasa, 0,01% a 60°C. Incubar por 30 min. a 60°C-70°C y medir °Brix. Medir la viscosidad a 70 °C. Filtrar con papel filtro. Concentrar hasta 25 °Brix. Medir viscosidad. Ing. JOSE LUIS SOLIS ROJAS

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IV.

RESULTADOS Y DISCUCIONES

4.1.- ESTRUCTURA DEL ALMIDON DE PAPA AMARILLA OBSERVADO AL MICROSCOPIO: GRAF. 1: ALMIDON DE PAPA AMARILLA

GRAF.2: CON AZUL DE METILENO

GRAF 3: CON AZUL DE METILENO

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4.2. RESULTADOS OBTENIDOS EN AL MODIFICACION DEL ALMIDON MEDIANTE EL PROCESO DE GELATINIZACIÓN: Solución al 5%

4.2.1.- CUADRO Nº1: viscosidad obtenida a 90ºC: Temperatura de 90ºC u (cP) Tª (ºC) según Brokfield 26000 85.5 15000 85.1 8000 85.2

RPM 0.5 1 2.5

u (cP) Vs RPM 30000 25000 f(x) = - 8000x + 27000 R² = 0.84

20000 15000 10000 5000 0

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

4.2.2.- CUADRO Nº2: viscosidad obtenida a 70ºC:

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Temperatura de 70ºC u (cP) T (ºC) según Brokfield 4000 68.1 2200 67.8 1040 67.7

RPM 0.5 1 2.5

u (cP) Vs RPM 4500 4000 3500

f(x) = - 1316.92x + 4169.23 R² = 0.84

3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

4.2.2.- CUADRO Nº4: viscosidad obtenida a 50ºC: RPM 20 50 100

Temperatura de 50ºC u (cP) T(ºC) según Brokfield 40 45.6 72 45.7 100 46.3

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u (cP) Vs. RPM 150 100

f(x) = 0.73x + 29.27 50 R² = 0.97 0 0 50 100 150

4.3. DISCUSIONES: Según Yotaro K. (2006).Los gránulos de almidón son insolubles en agua fría, pero resultan serlo al aumentar la temperatura de esta. En el agua caliente, los gránulos de almidón sufren el proceso denominado gelatinización (se tornan un gel). Realmente es una modificación de los gránulos nativos del almidón cuándo son tratados en agua a temperaturas altas. En la práctica al someter la solución de almidón a temperaturas de 50 oC, 70 o

C y 90 oC empezó a solubilizarse esto significa que sus gránulos han ido

calentando en agua y por absorción de la humedad. En ese proceso se han hinchado, volviéndose translúcidos y muy solubles. Siendo cada vez más soluble de acuerdo aumentaba la temperatura y

va aumentando su

viscosidad de acuerdo a los datos obtenidos. Según Bello Paredes (1999). 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 antes que los pequeños) variedad de almidón, contenido de amilosa y amilopectina, pH, cantidad de agua y contenido de sales.

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En la práctica debido a la muestra que fue papa amarilla presenta gránulos grandes (2 y 100 micras y además tiene un 24% de amilosa bibliografía) y la presencia % de amilosa y amilopectina determina la viscosidad. Fennema (2000) señala que el almidón está compuesto principalmente por dos tipos de polímeros de glucosa, la amilosa y la amilopectina, para el caso de la papa generalmente el contenido de amilosa es de 22%.lo que influyo de manera determinante en la susceptibilidad a la hidrólisis enzimática ya que a mayor contenido de amilosa mayor es la resistencia a la hidrólisis enzimática. Para obtener almidón modificado por medio de hidrolisis enzimática se utilizan α,β- amilasas ,amiloglucosidas, pululanasas y fosforilasas, tal como menciona fennema (2000) en la práctica realizada utilizamos la glucoamilasa dando como resultado que el almidón de papa amarilla forme geles de gran claridad y fuertes y con notoria variación en la viscosidad. Según Fennema (2000) la glucoamilasa es una exoenzima que comienza la hidrólisis en los extremos no reductores de los polisacáridos atacando enlaces α 1-4 y α 1-6, convirtiendo el almidón completamente en unidades de glucosa, es por ello que los grados Brix varia de 4 a 5,1.

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V.

CONCLUCIONES

1. Después de un prolongado calentamiento se dio la desintegración de los granos del almidón. Se pudo observar claramente la perdida de la birrefringencia y la solubilidad del almidón en agua caliente. 2. La viscosidad y el grado de gelatinización aumentó con la variación de temperatura desde 70 a 90°C. 3. Cuando la concentración de la disolución de almidón inicial es la mayor posible, mayor será la viscosidad que se va obtener al gelatinizar. 4. Los almidones modificados mostraron mayor susceptibilidad al ataque enzimático por a-amilasa en comparación con el almidón nativo, pero

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no se observaron diferencias significativas en cuanto al grado de hidrólisis de los almidones pretratados por gelatinización, sinéresis, y secado.

VI.

BIBLIOGRAFIA

1. Geissman T., 1974. Principios de química orgánica. Segunda edición. Editorial Reverté. 2. Fennema R. O. (2000) química de alimentos. Segunda edición. Zaragoza España.

3. Herrera R., Bolaños N. y Lutz G., 2003. Química de alimentos. Primera edición. Editorial de la Universidad de Costa Rica.

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4. Montaldo A. (1984). Cultivo y Mejoramiento de la papa. Primera edición. San José-Costa Rica. 5. University-Whistler Center for Carbohydrate Research. 6.

http://www.uco.es/master_nutricion/nb/Vaclavik/almidones.pdf.

ANEXO FIGURA 1. AUTOCLAVADO DE LA MUESTRA

FIGURA 2. EBULLICION A LAS DIFERENTES TEMPERATURAS.

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FIGURA 3. TOMA DE DATOS DE VISCOSIDAD EN RPM

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