Hidratos de carbono - Una de las principales fuentes de energía de nuestroCuerpo
Junto con las proteínas y las grasas, los hidratos de carbono son uno de los tres macronutrientes de la dieta humana. Incluyen mono, di y oligosacáridos, como los azúcares, y polisacáridos, como la celulosa o el almidón.
El almidón es de origen vegetal y se encuentra en fuentes como la patata, el arroz, los cereales y la mandioca (yuca). Su ámbito de aplicación es principalmente el sector de la alimentación y las bebidas. En la industria alimentaria, el almidón se utiliza principalmente como agente espesante, gelificante, emulsionante o estabilizante. A menudo, sólo se añade en concentraciones de small. Sin embargo, puede influir significativamente en las propiedades texturales y organolépticas (color, olor, aspecto, sabor, etc.) de los alimentos.
En 2022, la producción mundial estimada de almidón ascendía a unos 134 millones de toneladas, siendo China el mayor mercado de almidón, seguida de EE.UU. [1]. El tipo de almidón más popular que se comercializa en todo el mundo es el almidón de mandioca (o tapioca), con el almidón de maíz en segundo lugar [2].
Si el almidón se utiliza en su forma nativa, aparece como "almidón" en la lista de ingredientes. Pero si la sustancia se altera químicamente, se convierte en un aditivo con un número E (por ejemplo, E1404 para el almidón oxidado o E1420 para el almidón acetilado) y aparece como "almidón modificado" en la lista de ingredientes. En comparación con el almidón nativo, el almidón modificado es más estable frente al calor, el frío o un entorno ácido [3].
¿En qué consiste el almidón?
El almidón es un polímero de cadena larga formado por amilosa y amilopectina en proporciones variables, según el tipo y la fuente de almidón. Por regla general, el contenido de amilosa oscila entre el 15% y el 30%, y el de amilopectina entre el 70% y el 85% en peso [4]. El almidón puro es un polvo blanco, insípido e inodoro, insoluble en agua fría o alcohol [5].
¿Qué ocurre en presencia de agua?
Cuando el almidón se calienta en contacto con una cantidad suficiente de agua (por ejemplo, durante la cocción o el horneado), se produce la gelatinización. Mientras se calienta, el agua penetra en los gránulos y las moléculas de su interior comienzan a realinearse. Esto provoca un hinchamiento hasta que se rompen las capas externas de los gránulos. Los gránulos empiezan a romperse. La amilosa y la amilopectina se difunden parcialmente en el entorno y se dispersan en la solución [10]. El resultado es una pasta o gel de almidón espeso y viscoso que ayuda a mantener unidos los distintos componentes, por ejemplo, los de un pastel.
El proceso de gelatinización puede controlarse mediante DSC y produce un efecto EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico. Sin embargo, la cantidad de agua desempeña un papel importante. A bajo contenido de agua, sólo puede observarse un hinchamiento limitado o una gelatinización incompleta de los gránulos de almidón, e incluso a contenidos de agua más altos (agua:almidón = 1,5:1 o superior), la endoterma DSC no siempre representa el proceso completo [7].
Durante el enfriamiento, el almidón experimenta una transición de desorden a orden. El almidón gelatinizado vuelve a cristalizar, se libera agua y la sustancia se vuelve más firme. Este proceso se denomina retrogradación. Esta es la razón por la que el pan se vuelve rancio después de un tiempo, especialmente cuando se almacena a temperaturas más bajas (las temperaturas frías favorecen este proceso).
¿Cómo se comporta el almidón durante el calentamiento y el enfriamiento?
Para estudiar sus propiedades térmicas, varios tipos de almidones nativos disponibles en el mercado (véase la tabla 1) se calentaron dos veces en combinación con agua (50 % en peso de almidón y 50 % en peso de agua) en un DSC en crisoles de aluminio cerrados (Concavus®) a una velocidad de calentamiento de 5 K/min hasta 140°C y hasta RT en atmósfera de nitrógeno.
Cuadro 1: Masas de las muestras (sólo almidón) de los distintos tipos de almidón
| Tipo de almidón | Masa de almidón (mg) | Temperatura del1er pico (°C) |
|---|---|---|
| Mandioca | 12.76 | 67.4 |
| Patata | 12.62 | 62.3 |
| Arroz | 12.93 | 67.0 |
Durante el primer calentamiento de los distintos tipos de almidón, son visibles varios efectos endotérmicos DSC (véase la figura 1). Por un lado, se produce un primer pico principal con un hombro adicional (algo pronunciado) con la fécula de mandioca y de patata, mientras que el efecto con la fécula de patata se desplaza a temperaturas ligeramente inferiores. Por otra parte, el perfil DSC para el almidón de arroz muestra tres picos, uno de ellos a una temperatura mucho más alta (temperatura pico a 107°C) que los otros.
Los efectos en el rango de temperaturas alrededor de 60°C a 70°C reflejan el proceso de gelatinización. El efecto EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico alrededor de 107°C (relativo al almidón de arroz) corresponde presumiblemente a un complejo amilasa-lípido que también se determinó por encima de 100°C en otros estudios sobre el arroz [8, 9].
La bibliografía (por ejemplo, resumida en [6]) afirma que durante el calentamiento no sólo se produce la gelatinización, sino también la fusión. Según esta teoría, la fusión durante el calentamiento corresponde a un efecto EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico a temperaturas más altas y es típico para bajas concentraciones de agua, mientras que la gelatinización se produce en presencia de un exceso de agua (más del 70% para la mayoría de los almidones) y corresponde a una endoterma de temperatura más baja en la curva DSC. A contenidos de humedad intermedios, pueden observarse ambos procesos, lo que encaja bien con el presente caso (figura 2) y conduce a temperaturas máximas de 67°C y 80°C para el almidón de mandioca, por ejemplo.
Durante el enfriamiento controlado (a 10 K/min) tras el1er calentamiento, se aprecian eventos exotérmicos en el intervalo de temperaturas entre aprox. 75°C y 95°C (figura 3).
La mayoría de estos efectos parecen ser irreversibles, ya que en los segundos pasos de calentamiento correspondientes (figura 4, a una velocidad de calentamiento de 5 K/min), sólo el almidón de arroz muestra de nuevo un efecto EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico a unos 108°C (temperatura pico), que es comparable al efecto EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico que aparece en la figura 2. Sin embargo, se observan algunos efectos exotérmicos adicionales muy visibles en el intervalo de temperaturas entre aproximadamente 60°C y 80°C. Sin embargo, hay algunos efectos exotérmicos adicionales muy small visibles en el intervalo de temperaturas entre 60°C y 80°C aproximadamente. Esto permite suponer que la reorganización estructural que tuvo lugar durante el enfriamiento aún no había finalizado antes de que comenzara el segundo calentamiento.
En la bibliografía [10], podemos leer que cuando un almidón gelatinizado se enfría, la amilosa y la amilopectina liberadas (estructuras químicas de la figura 1) empiezan a retrogradar y las moléculas de amilosa dispersas empiezan a reasociarse, lo que conduce a la formación de una red tridimensional. Puede describirse como "un gel compuesto de restos de gránulos no disueltos incrustados en una matriz continua de cadenas poliméricas de amilosa enredadas y moléculas de amilopectina separadas y muy ramificadas".
Conclusión
Aunque se utiliza a menudo en casa, el almidón resulta ser un material que presenta un comportamiento bastante complejo. Tanto el régimen de temperatura aplicado como la cantidad de agua en la mezcla influyen en su gelatinización. Sin embargo, el análisis térmico, y en este caso especialmente el DSC, es capaz de recoger mucha información valiosa sobre este proceso a partir de unas pocas mediciones.
Los tres tipos de almidón utilizados (almidón de mandioca, almidón de patata y almidón de arroz) pueden distinguirse claramente entre sí en la primera fase de calentamiento (figura 1). Las curvas DSC difieren significativamente y sólo el almidón de arroz muestra un efecto EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico adicional por encima de 100°C.