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Inicio > Vol. 50, No. 4 (2016) > Torrenegra Alarcón

INTRODUCCIÓN

En la naturaleza, el almidón puede considerarse como un enlace que relaciona a la energía del sol, capturada parcialmente durante el proceso de fotosíntesis que funciona como un reservorio de alimentos.^1-4

El almidón está constituido esencialmente por una mezcla de polisacáridos conformada por amilosa y amilopectina, y una fracción minoritaria (de 1 % a 2 %) de conformación no glucosídica.^3,4 En la mayoría de los almidones, su estructura glucosídica está conformada por 20 % de amilosa, y el restante 80 % de amilopectina.^1-4

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.^1,2,5

Sin embargo, debido a la inestabilidad de las propiedades físicas de los almidones por ser sensibles frente a la exposición al calor, su uso se ha limitado en algunas aplicaciones industriales.^1,6 No obstante, su modificación puede ser física, química o enzimática; esto permite alterar su estructura, mejorando su comportamiento, brindándole un valor agregado a los productos.⁷

En la actualidad, las emulsiones desempeñan un importante papel en diferentes formulaciones alimenticias, por ejemplo: helado, refrescos, postres, salsas. No obstante, son termodinámicamente inestables. Dicha desestabilización se produce a través de procesos fisicoquímicos en los que se encuentran separación gravitacional, floculación, coalescencia y maduración de Ostwald.⁸ Ante esta situación y conociendo el mejoramiento de las propiedades anfifílicas de los almidones nativos, cuando estos son lipofilizados mediante el reactivo Anhídrido Dodecenil Succínico (DDSA), es claro que una emulsión se puede estabilizar con este tipo de productos.

Cabe destacar que Colombia es —por tradición— un país agrícola, con muchas riquezas y grandes posibilidades de crecimiento económico en este ramo. Durante años, los almidones autóctonos o propios como el ñame, batata y yuca han sido alimentos básicos de diferentes culturas de este país. Estas plantas, naturalmente adecuadas a las condiciones agroclimáticas tropicales, crecen en gran abundancia con pocos o ningunos insumos artificiales. No obstante, su empleo únicamente como alimentos básicos, limita su potencial contribución al desarrollo agrícola y su uso en diversos campos.⁵ El cultivo de la batata, ñame y yuca, propios de la región Caribe Colombiana, podría beneficiarse de investigaciones acerca de sus usos potenciales en otros mercados diferentes al del consumo directo. Para ello, nuevos estudios son necesarios para que se abra un espacio donde puedan ser competitivos nacional e internacionalmente en forma de productos innovadores. De lo contrario, los almidones de maíz y papa seguirán dominando en los lucrativos mercados mundiales de la industria alimentarias.

Por lo anterior el presente trabajo tuvo como objetivo efectuar una modificación química tipo esterificación de almidones propios de la región Caribe Colombiana.

 

MÉTODOS

El almidón se obtuvo de los tubérculos de ñame (Dioscorea rotundata P.), batata (Ipomoea batatas) y yuca ( Manihot esculenta), los cuales se compraron en el municipio de San Juan Nepomuceno, ubicado en el norte del departamento de Bolívar (9º 37 latitud norte y 74º 15 longitud oeste). Se adquirieron en una parcela particular: 20 kilogramos de material vegetal fresco, entero, sin señales de deterioro y en estado de madurez para consumo humano.

El material vegetal fue identificado en el Herbario Gabriel Gutiérrez V. (MEDEL) de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín (Colombia), en el registro nacional de colecciones biológicas. El número de colección de ñame, batata y yuca fueron conservados con Nº de colección: Torrenegra M. N° 05, 06 y 07, respectivamente.

ETAPA 1. OBTENCIÓN DE ALMIDÓN

El proceso de extracción del almidón a partir de cada tubérculo (ñame, yuca, y batata) comenzó con un lavado para retirar polvo, tierra y suciedad en general; seguido de un descortezado y lavado nuevamente. Luego se cortó el tubérculo en trozos y se licuó con agua destilada para obtener una lechada, esta se filtró por medio de una tela. El filtrado se dejó en reposo, se decantó, y se eliminó el sobrenadante. El sedimento obtenido se lavó con agua destilada, luego se filtró a vacío y se secó 60 ºC por 12 horas, posteriormente se molió y por último se empacó.⁹

ETAPA 2. MODIFICACIÓN QUÍMICA DEL ALMIDÓN

Hidrolisis

A una suspensión de almidón nativo (40 g de almidón en 100 mL de agua desionizada) se le adicionó 3,4 g de ácido clorhídrico, con agitación constante por 6 h; manteniendo la temperatura en 50 °C en un baño termostatado. Cumplido el tiempo, se neutralizó el sistema con NaOH al 10 % hasta lograr un pH 6,5; se filtró al vacío y el residuo se lavó 4 veces con agua destilada. Se secó a 50 °C por 24 h y finalmente el almidón hidrolizado obtenido se molió y almacenó en bolsas plásticas herméticas hasta su uso.¹⁰

Lipofilización (Esterificación)

Una suspensión de almidón nativo-hidrolizado a 25 °C (40 g de almidón en 100 mL de agua desionizada), se ajustó a pH 8,5 con NaOH 3 % con agitación constante por 30 minutos. En ensayos independientes, se agregaron 10 mL de anhídrido dodecenil succínico (DDSA) diluido en 50 mL de etanol 96 %, a cada almidón con el fin de alcanzar un solo nivel de sustitución. Debido a que durante la reacción, el pH de la solución tiende a descender, este se mantuvo entre 8,5 y 9,0 con pequeñas adiciones de NaOH 3 %. Una vez que el reactivo límite se terminó, esto es, cuando el pH no desciende más, la solución fue ajustada a un valor de 6,5 con HCL al 10 %. El material se lavó tres veces con agua desionizada se secó a 50 °C por 24 h.^11,12

Para garantizar la remoción total del ácido dodecenil succínico libre, los almidones lipofilizados fueron sometidos a un lavado con ayuda de un extractor Soxhlet. Se empleó 300 mL de etanol al 96 % como solvente, y un mínimo de 10 recirculaciones; luego, el almidón fue filtrado y secado durante 24 h a 50 °C.¹¹

Determinación del porcentaje de sustitución (PS)

El PS representa el número promedio de grupos hidroxilos sustituidos por mol de anhidroglucosa (AG). El PS de los almidones succinatados se determinó por titulación ácido-base, toda vez que el residuo de ácido docecenil succínico unido a la cadena de almidón, posee un grupo carboxílico libre. Se pesaron 5 g de almidón modificado en un beacker de 50 mL, a los que se adicionaron 25 mL de solución de HCL 0,01 N; para asegurar que los residuos se encontraran protonados (remineralización). Esta suspensión fue agitada durante 30 minutos. La suspensión se filtró y la torta húmeda se lavó con agua desionizada hasta que no se detectaron cloruros en las aguas de lavado (utilizando solución de AgNO3 0,1 N). La torta húmeda se transfirió cuantitativamente a un vaso precipitado de 900 mL añadiendo 100 mL de agua desionizada con posterior agitación. Luego, se incorporaron 200 mL de agua desionizada a ebullición. La solución se colocó en un baño de agua hirviendo durante 30 minutos, después de enfriada, y con adición de 2-3 gotas de fenolftaleína al 1 % como indicador, se tituló con NaOH 0,01 N.¹² El PS se calculó mediante la siguiente ecuación:

Donde:

C= Normalidad de la solución de NaOH utilizado durante la titulación

V= Volumen consumido de la solución de NaOH

W= Peso de la muestra analizada

162 es el peso molecular de la unidad AG

3 es el número de hidroxilos presentes en cada unidad de AG

ETAPA 3. PROPIEDADES DE LOS ALMIDONES MODIFICADOS

Absorción de aceite

Para la determinación de la capacidad de absorción de aceite, se tomó 1 g de cada almidón y se mezcló con 10 mL de aceite durante 30 segundos, con ayuda de una varilla de vidrio. Las muestras se dejaron en reposo durante 30 minutos a temperatura ambiente. Luego se centrifugaron a 3000 rpm durante 15 minutos y se medió el volumen del aceite sobrenadante en una probeta de 10 mL. Los resultados se expresaron como el porcentaje de aceite retenido por el almidón.¹³

Absorción de agua

Para la determinación de la capacidad de absorción de agua, se tomó 1 g de cada almidón y se mezcló con 10 mL de agua durante 30 segundos, con ayuda de una varilla de vidrio. Las muestras se dejaron en reposo durante 30 minutos a temperatura ambiente. Luego, se centrifugaron a 3000 rpm durante 15 minutos y se midió el volumen del agua sobrenadante en una probeta de 10 mL. Los resultados se expresaron como el porcentaje de agua retenida por el almidón.¹³

Capacidad emulsificante

Para determinar la capacidad de los almidones de mantener estable una emulsión, se mezcló 1 g de cada almidón con 25 mL de agua destilada, se agitó durante 15 minutos con un sistema magnético. Esta solución se adicionó con 25 mL de una sustancia oleosa usada en la industria alimentaria (aceite de maíz, aceite de girasol, aceite de oliva, aceite de soya) y se agitó/homogenizó con un equipo Ultra Turrax® IKA T10 por 3 min. Posteriormente el producto fue centrifugando a 1300 rpm por 5 min.

La capacidad emulsificante (CE) se expresó en términos de porcentaje, como el volumen de la capa que aún permanece emulsificada (VCE) con respecto al total del líquido (VTL).¹⁴

Análisis Estadístico

Todos los ensayos se realizaron por sextuplicado. Los resultados se expresaron como la media ± DE (desviación estándar). Las diferencias significativas se determinaron mediante análisis de ANOVA seguido de test de Dunnett o de Tukey, o según el caso.

 

RESULTADOS

Los resultados muestran que todos los almidones en general presentaron un rendimiento del 10 %. Igualmente, se sustituyeron de manera muy similar, alcanzando valores de sustitución que oscilan entre el 0,35 % y 0,36 %. Estos son valores debajo de lo permitido por la U.S. F.D.A. el cual tiene un máximo del 3 %, por tratarse de un material a ser empleado en la industria alimenticia.¹⁵

Comúnmente, la introducción del grupo hidrofóbico alifático del DDSA con un alto grado de sustitución dentro de la estructura del almidón modifica sus propiedades superficiales, lo cual se observa en la figura 1 y 2.

En la prueba de absorción de agua, el almidón nativo posee mayor afinidad con la molécula de agua, debido principalmente a la formación de interacciones tipo puentes de hidrogeno entre los grupos OH libres en el almidón y la molécula de agua. Este resultado contrasta con el del almidón modificado con DDSA, el cual al presentar grupos apolares dentro de su estructura química presenta poca formación de puentes de hidrógeno.

La capacidad emulsificante de los almidones modificados con DDSA fue más o menos igual para los tres almidones de batata, ñame y yuca. No obstante, este último presentó el mayor porcentaje frente a las cuatro sustancias oleosas evaluadas. Igualmente se destaca que los almidones nativos tuvieron una capacidad de emulsificación nula (Fig. 3).

 

DISCUSIÓN

Los agentes emulsificantes son estabilizadores coloidales, que contienen grupos hidrofílicos e hidrofóbicos. La parte hidrofílica puede ser iónica (por ejemplo, Laurilsulfato sódico (SLS) teniendo un mecanismo estabilizador netamente electrostático), no iónico (nonil fenol etoxilado o el nonanol etoxilado), o ambos (por ejemplo, algunos estabilizadores proteicos). El mecanismo por el cual realizan la estabilización puede ser electrostática o estérica. Los almidones modificados con DDSA pueden funcionar como estabilizadores electrostáticos, aunque debido al tamaño de las moléculas en relación con el número de grupos cargados, su función es principalmente estérico.¹

Cabe resaltar que la esterificación (succinatación) de almidones ha sido utilizada durante los últimos años como un método para obtener surfactantes que sirvan para estabilizar sistemas bifásicos agua-aceite.

La capacidad emulsificante de los almidones evaluados mostró diferencia estadística (p< 0,05). El almidón de yuca esterificado con DDSA fue el más promisorio, puesto que presento valores entre 79,1 y 80 % para todas las sustancias oleosas usadas en la industria alimentaria (aceite de maíz, aceite de girasol, aceite de oliva, aceite de soya). Estas propiedades están directamente relacionadas a la incorporación del grupo hidrofóbico de cadena alifática dentro de la molécula hidrofílica del almidón; le permite establecer una fuerte interacción en la interfase agua/aceite dándole a la emulsión resistencia a la reaglomeración.¹

Asimismo, se ha mostrado que la incorporación de cadenas de doce carbonos en el almidón mejora las características termoplásticas y la estabilidad térmica de los ésteres de almidón.⁴

Como resultado, el almidón modificado con anhídrido dodecenil succínico se puede utilizar para estabilizar concentrados de sabores en alimentos, aceites en verduras y vegetales, asimismo para encapsular aromas, vitaminas liposolubles y cualquier sustancia liposoluble que le dé un valor agregado al producto alimenticio.^1,16

 

CONCLUSIONES

La esterificación (succinatación) con anhídrido dodecenil succínico de los diferentes almidones propios de la región caribe colombiana dio como resultado cambios importantes en sus propiedades reológicas. Mostró un aumento en el poder emulsificante, indicando que estos productos son adecuados para ser utilizados como estabilizantes de emulsiones en la industria alimenticia.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al SENA, Centro de Comercio y Servicio de la Regional Bolívar y a la Universidad de Cartagena, por su apoyo en el desarrollo de este trabajo.

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Sweedmana MC, Tizzotti MJ, Schäferb C, Gilberta RG. Structure and physicochemical properties of octenyl succinic anhydride modified starches: A review. Carbohydrate Polymers. 2013;92:905-20.

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15. U.S. Food and Drug Administration. Código de regulación federal. Título 21, volumen 3. College Park, MD: FDA; 2006.

16. Torrenegra ME, León-Méndez G, Matiz-Melo GE, Sastoque Gómez JD. Lipofilización del almidón de Dioscorea rotundata P. y su posible uso como agente emulsificante. Rev Cubana Farma. 2015 [citado 2 marzo de 2016];49(4). Disponible en: http://bvs.sld.cu/revistas/far/vol49_4_15/far02415.htm

 

 

Recibido:12 de diciembre de 2015.
Aprobado:25 de marzo de 2016.

 

 

Miladys Esther Torrenegra Alarcón. SENA. Centro de Comercio y Servicios. Regional Bolívar. Cartagena de Indias. Colombia.
Correo electrónico: mtorrenegraa@sena.edu.co

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