Metamorfosis del almidón: Gelatinización y retrogradación
Actualizado: 19 ago 2021
Gelatinización
Se puede definir como la desintegración de la estructura del gránulo nativo de almidón. (Schirmer et al, 2014).
Los gránulos de almidón son insolubles en agua fría debido a que su estructura es altamente organizada, con fases amorfas y compactas. El seguimiento del proceso de gelatinización se puede observar al microscopio. No existe una temperatura exacta para este proceso, sin embargo, al ser sometidos a una temperatura de 60-70°C (rango de gelatinización) comienzan un proceso lento de absorción de agua en las zonas intermiscelares amorfas. A medida que se incrementa la temperatura, se retiene más agua y el gránulo empieza a hincharse y a aumentar de volumen gradualmente. Al llegar a cierta temperatura, los gránulos alcanzan un volumen máximo y pierden su patrón de difracción de rayos X y su birrefringencia.
¿Qué es la Birrefringencia?
La birrefringencia indica la capacidad que tienen los gránulos de almidón para refractar la luz en dos direcciones, es decir, tienen dos índices de refracción, por lo que cuando se irradian con luz polarizada desarrollan la típica “cruz de malta”, presentando en su centro un hilio, el cual indica un alto grado de orden molecular dentro del grano, sin hacer referencia a ninguna forma cristalina.
Pese a tratarse de un fenómeno estudiado desde principios del siglo XIX, la naturaleza exacta de los cambios estructurales que ocurren durante el proceso de gelatinización es aún mal comprendida y sigue siendo investigada.
El grado de gelatinización depende de:
1. Condiciones de procesamiento (temperatura, humedad, presión, etc).
2. Presencia de otros compuestos (sales, lípidos, azúcares, etc.). A modo de ejemplo, la presencia de grasas puede interferir con la gelatinización de los granos entre otros aspectos por ofrecer una barrera al agua, no permitiendo que los granos se hinchen.
En la tabla 1 se muestran las propiedades térmicas de algunos almidones presentes en la naturaleza.
Ti (°C) Temperatura inicial de gelatinización: es la temperatura a la cual el almidón comienza a perder su ordenamiento molecular, donde los puentes de hidrógeno de la región amorfa del gránulo se rompen permitiendo que el agua se asocie a los grupos hidroxilos libres de agua.
Tp (°C) Temperatura pico de gelatinización: Es la temperatura a la cual los gránulos de almidón están completamente hidratados y han perdido todo su ordenamiento molecular, lo que dará paso a la ruptura del gránulo.
Tf (°C) Temperatura final de gelatinización: Es la temperatura a la cual el gránulo está completamente desintegrado.
Según Pineda et al (2010) el proceso de gelatinización es una “transición que va del orden al desorden”, lo cual tiene un gran impacto en el procesamiento, calidad y estabilidad de los productos basados en almidón.
Veamos de manera esquematizada el comportamiento del almidón antes, durante y después de la gelatinización (Figura 1). En A, los gránulos se dispersan en agua no caliente y comienzan a hidratarse, en B comienza a aumentar la temperatura, los gránulos se hinchan por la absorción de agua y a partir de 60-70°C se completa su gelatinización y se observa un claro aumento de la viscosidad del medio. Al seguir aumentando la temperatura (C), los gránulos se rompen y se liberan las cadenas de amilosa y amilopeptina que forman una red coloidal que aumenta muy significativamente la viscosidad del sistema. Por último, en D, según las condiciones físicas y la estabilidad del gel, puede ocurrir retrogradación del almidón y separación de fases (sinéresis).
Retrogradación
Al disminuir la temperatura de un almidón gelatinizado, se da la retrogradación, que es, la insolubilización y precipitación espontánea de las moléculas de amilosa, al orientarse sus cadenas lineales paralelamente a través de puentes de hidrógeno, durante este proceso, hay pérdida de agua y es un proceso irreversible. Dependiendo del origen de almidón y, por ende, de su contenido de amilosa y amilopectina, cada almidón tiene una tendencia diferente a la retrogradación, la cual se puede dar a través de dos rutas, dependiendo de la concentración y de la temperatura del sistema, lenta o rápida. Durante la retrogradación del almidón, los gránulos se retraen al haber pérdida de agua y se da una reorganización de los componentes que lo conforman, en una estructura cristalina mucho más generalizada que en el almidón nativo (Figura 2).
Un pan dulce o salado en general debe ser suave, y tener, dependiendo del producto o no, superficie crocante; con el paso del tiempo, éstas propiedades se pierden, así, un pan viejo, por lo general se hace duro y lo es debido a que durante la cocción del pan, parte de la amilosa presente, se sale del gránulo de almidón, como se comentó a lo largo del proceso de gelatinización, esta amilosa se retrograda al enfriar, produciendo un gel rígido, debido a que sus cadenas lineales se orientan de forma paralela y reaccionan entre sí por puentes de hidrógeno, aunado a esto, los restos del gránulo de almidón, que quedan ricos en amilopectina por la salida de parte de la amilosa, se ven rodeados por moléculas del polímero lineal amilosa. Algunos autores consideran que, la amilopectina presenta asociación de sus cadenas, facilitada por encontrarse concentrada en los gránulos de almidón.
En el pan fresco, el polímero ramificado tiene todas sus ramas completamente extendidas, mientras que en el pan duro están retrogradadas, unidas entre sí y sin el agua original. Este fenómeno hace que el pan se sienta duro, normalmente la retrogradación del pan va aunado a deshidratación, existe una relación inversa entre la humedad en el pan y la velocidad de envejecimiento. Se ha mencionado, que la amilosa tiene una gran tendencia a retrogradar, por lo que es considerada la principal causa de deterioro a corto plazo (Salinas et al, 2003).
Importancia biológica de la retrogradación
Es interesante resaltar el hecho de que el almidón retrogradado es menos digerible que el almidón no retrogradado (almidón resistente), por ello llega sin haber sido digerido al colon, donde es digerido por las bacterias del mismo (funciona como prebiótico), generando ácido propiónico y ácido butírico (ácidos grasos de cadena corta C3 y C4 respectivamente), este último actúa como fuente de energía para los colonocitos (las células del colon), el almidón retrogradado actúa como fibra soluble, en la prevención de cáncer de colon (Bello et al, 2002; Paredes et al, 2009).
Referencias consultadas:
Bello PLA, Osorio DP, Agama AE y Núñez SC (2002) Propiedades químicas y fisicoquímicas y reológicas de masas y harinas de maíz nixtamalizado. Agrociencia, 36: 319-328.
Coello V y Garcés C (2012) Análisis de Propiedades Técnicas durante la Gelatinización en tres variedades de arroz INIAP aplicando el calorímetro Diferencial de Barrido (DSC). Tesis de grado de Ing. En Alim. Guayaquil, Escuela Superior Politécnica del Litoral. Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción, 91p
Hernández M, Torruco J, Chel L y Betancur D (2008) Caracterización fisicoquímica de almidones de tubérculos cultivados en Yucatán, México. Facultad de Ingeniería Química, Universidad Autónoma de Yucatán. México, 28 (3)
Paredes LO, Guevara LF y Bello PLA (2009) La Nixtamalización. Ciencias 92-93 (Octubre 2008-Marzo 2009): 60-70.
Pineda P, Coral D, Arciniegas M, Rosales A y Rodríguez M (2010) Papel del agua en la gelatinización del almidón de maíz: estudio por calorimetría diferencial de barrido. Ing y Ciencias, Colombia, 6 (11) 129-141
Salinas MY, Pérez HP.; Castillo MJ y Álvarez RJL (2003) Relación de amilosa: Amilopectina en el almidón de harina nixtamalizada de maíz y su efecto en la calidad de la tortilla. Revista Fitotecnia Mexicana, 26 (2), 115 –121, http://www.revistafitotecniamexicana.org/documentos/26-2/7a.pdf
Schirmer M, Zeller J, Krause D, Jekle M y Becker T (2014) In situ monitoring of starch gelatinization with limited water content using confocal laser scanning microscopy. Institute of Brewing and Beverage Technology, Research Group Cereal Process Engineering, Technische Universität München. Germany, 239 (2) 247-257
https://craftdistilleredu.wordpress.com/2014/08/21/starch-gelatinization/