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UNIVERSIDAD NACIONAL DE MISIONES
Facultad de Ciencias Exactas Químicas y Naturales
Ingeniería en Alimentos. Cátedra: Química y Bioquímica de los Alimentos
Dr. Ing. Luis A. Brumovsky – Mgter. Bqca. Marta A. Horianski
Trabajo Práctico Nº 5 - 2014
TRABAJO PRÁCTICO Nº 5
PROPIEDADES REOLÓGICAS DE LOS ALMIDONES: AMILOGRAMA
Objetivos
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Evaluar propiedades reológicas de almidones provenientes de diferentes fuentes, nativos y
químicamente modificados.
Obtener amilogramas mediante el uso de un Visco-amilógrafo Brabender.
Interpretar las curvas de viscosidad Brabender.
Evaluar los cambios físicos de los gránulos de almidón durante el ensayo, estableciendo su
relación con las propiedades reológicas.
Interpretar los resultados evaluando su posible aplicación industrial.
Introducción
En la mayoría de los vegetales, el componente de reserva más importante lo constituye el almidón.
La principal fuente comercial de almidón nativo proviene de granos de cereales (maíz, arroz, etc.),
tubérculos (papa) y raíces (mandioca). En las plantas el almidón se encuentra en el interior de
gránulos (2-100 micras) con un ordenamiento radial.
La mayoría de los gránulos de almidón están compuestos por una mezcla de dos polímeros, ambos
homoglicanos de glucosa, uno esencialmente lineal llamado amilosa y el otro ramificado
denominado amilopectina.
La amilosa es una cadena lineal, unida por enlaces α(1-4) glucosídicos formada por 350 a 1000
residuos de glucosa, puede presentar unas pocas ramificaciones conectadas por enlaces α(1-6).
Figura 1 (a).
La amilopectina es un polímero grande y muy ramificado, formada por una cadena principal en la
que los residuos se hallan unidos por enlaces α(1-4) gluocosídicos y en las ramificaciones con
enlaces α(1-6) las que se disponen en forma de racimos. El grado de ramificación y el peso
molecular varía de acuerdo a la fuente. Figura 1 (b) y (c).
(a)
(b)
Figura 1: a) Amilosa, b y c) Amilopectina.
(c)
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Cada polímero tiene características muy diferentes. Ambos son capaces de dispersarse en agua
caliente. Sin embargo durante la cocción, la molécula de amilosa al ser lineal tiende a asociarse
unas con otra a través de puentes de hidrógeno intermoleculares que a bajas concentraciones se
separa de la solución como una masa gelatinosa pero a altas concentraciones formara un gel.
La amilopectina cuyas moléculas no pueden alinearse unas con otras debido a sus ramificaciones,
presentan buena estabilidad en la solución. Sus dispersiones no forman geles ni cambian
significativamente la viscosidad.
Con el objeto de aprovechar las ventajas de las propiedades de ambos polímeros se han
desarrollado almidones en los que se han modificado la relación de amilosa y amilopectina.
Mientras que los almidones comunes contienen de 15-30% de amilosa, en algunos almidones de
cereales mutantes el contenido de amilosa puede llegar a ser 0%, estos son llamados almidones
céreos.
Propiedades del almidón
En el granulo de almidón, las moléculas de amilopectina y amilosa están asociadas formando
regiones cristalinas, estas se disponen radialmente en el interior de los gránulos separadas por
regiones no cristalinas. Como resultado de estas interacciones, los gránulos de almidón son
insolubles en agua fría.
Sin embargo cuando una suspensión de almidón en agua es calentada las fuerzas que mantienen
unidas a las moléculas en los gránulos se debilitan, permitiendo que el gránulo absorba agua y se
hinche varias veces su tamaño original. La penetración de agua disminuye el número y tamaño de
las zonas cristalinas, causando un desorden en la organización molecular del gránulo. Durante este
proceso los polímeros de pequeño tamaño salen del interior del gránulo y eventualmente el gránulo
se rompe o colapsa. Este proceso se denomina GELATINIZACIÓN y va acompañado además de
pérdida de birrefringencia y cristalinidad. El punto en el que la birrefringencia desaparece es
denominado punto de gelatinización o temperatura de gelatinización.
Durante el enfriamiento de una suspensión diluida de almidón las moléculas lineales se acomodan
y unen mediante puentes de hidrogeno formando un precipitado insoluble. En suspensiones
concentradas de almidón de 5 – 10% el alineamiento es rápido y desordenado y las asociaciones
de las moléculas se presentan en localizaciones limitadas, con agua atrapada en su intersticio. Esta
asociación de las moléculas lineales y la disminución de la solubilidad es llamada
RETROGRADACIÓN.
Durante el proceso de retrogradación el gránulo hinchado de almidón retorna a una forma más
ordenada y parcialmente cristalina. Sin embargo no puede retornar a su forma original.
Durante el proceso de enfriamiento y retrogradación se incrementa la viscosidad de la pasta de
almidón cocido. Si se deja en reposo se formará un gel.
A medida que la retrogradación avanza la cristalinización de las moléculas de almidón permitirán la
exclusión de agua produciéndose SINÉRESIS.
Debido a que la mayoría de los alimentos preparados requieren un alto grado de estabilidad de los
gránulos de almidón durante el procesamiento como así también buena resistencia a la sinéresis
durante el almacenamiento, los almidones comerciales que se emplean en alimentos procesados
generalmente son químicamente o físicamente modificados.
La funcionalidad de los almidones puede ser alterado por la presencia de otros componentes de los
alimentos. Cualquier compuesto hidroscópico competirá con los gránulos de almidón por la
hidratación. Sustancias tales como azucares, gomas, sal y proteínas pueden inhibir la gelatinización
del almidón. En presencia de estos compuestos la temperatura de gelatinización será mayor y el
pico de viscosidad menor.
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DESARROLLO PRÁCTICO Nº 5
PROPIEDADES REOLÓGICAS DE LOS ALMIDONES: AMILOGRAMA
Consignas
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Preparar una suspensión de almidón.
Realizar amilogramas de almidones mediante el uso de un Visco-amilógrafo Brabender
Interpretar de las curvas de viscosidad Brabender.
Observar e interpretar las características y cambios físicos de los gránulos de almidón a
diferentes temperaturas, durante la etapa de calentamiento del ensayo, usando un
microscopio óptico.
Comparar las propiedades de los diferentes almidones y sugerir posibles usos industriales.
Estudio de propiedades reológicas de suspensiones de almidones: Amilograma
El amilograma se realizará mediante la utilización de un
Visco-amilógrafo C. W. Brabender Modelo VA-VE. Figura 2.
Este equipo se trata de un viscosímetro con registrador,
que puede ser usado para determinar la temperatura de
gelatinización de los almidones. El aparato está provisto de
un agitador estándar de 7 pines, con un cartucho de
sensibilidad de 700 cmg, un espiral que permite un
aumento o disminución de 1,5 ºC por minuto, y una pesa
de 250 g. Durante la realización del ensayo una
suspensión de almidón en agua se somete a
calentamientos y enfriamientos controlados, registrándose,
de forma continua la viscosidad de la suspensión. Esta es
medida, por medio de unas barras dentro de un tazón del
equipo que ejercen una fuerza de fricción, y es registrada
en un papel gráfico que se mueve a una velocidad
constante. Este diagrama se llama “amilograma” e indica
en una forma sencilla el proceso de gelatinización del
almidón.
Se parte de una suspensión acuosa de almidón al 5 % con
pH = 5-6. Esta se calienta desde 50 °C hasta 95 °C a una
velocidad uniforme de 1,5 °C/min bajo agitación constante
(75 rpm). Al alcanzar los 95 °C la muestra se mantiene a
dicha temperatura por 30 minutos mientras se agita
continuamente. Luego se enfría a 50 °C, y se mantiene a
esa temperatura durante 30 minutos con agitación
constante.
Figura 2: Visco-amilógrafo C. W. Brabender
Modelo VA-VE.
Materiales y métodos
Muestras:
-
Almidón nativo: Maíz, mandioca, papa
Almidones modificados: oxidados, acetilados, etc.
-
Vaso de precipitado de 500 ml
Pipetas volumétricas de 10 ml
Probeta de 500 ml
Porta objetos
Cubre objetos
-
Hidróxido de sodio 0,1 N
Ácido clorhídrico 0,1 N
Agua destilada
Materiales:
Reactivos:
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Equipos:
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Balanza analítica
Agitador magnético
Medidor de pH
Amilógrafo C. W. Brabender
Microscopio óptico
Metodología
1. Preparar 500 ml de la suspensión de almidón al 5 %. Tener en cuenta la humedad de la
muestra.
2. Ajustar el pH entre 5 y 6 con ClH 0,1 N o NaOH 0,1N. El ajuste de pH se hace antes de enrasar
a 500 ml, es decir se agrega a 300 ml de agua el almidón seco, se agita con agitador magnético
y se ajusta el pH y luego se completa el volumen de agua.
3. Verter la suspensión en el tazón del equipo.
4. Colocar el agitador de 7 pines
5. Ajustar la temperatura del termorregulador a 49 ºC por medio del ajuste manual. El
Thermoregulator Transport debe estar en neutral (0) para que permita el ajuste de la
temperatura.
6. Agitar a 130 rpm durante 2 minutos para homogeneizar la suspensión y dejar que alcance la
temperatura de 49 ºC, luego de varios ciclos de calentamiento se ajusta la velocidad a 75 rpm.
7. Colocar el papel en la posición de tiempo 0 y verificar que el registrador indique una viscosidad
de 0 UB a esta velocidad de agitación, con la pesa en su lugar.
8. Verificar que el hilo de la pesa este sobre la roldada.
9. Coloca el cronómetro en 30 minutos verificando que el Cooling Controlled esté en Off.
10. Encender el equipo y colocar el Thermoregulator Transport en UP (calentamiento).
Automáticamente aumenta la temperatura a 1,5 ºC/min hasta alcanzar los 95 ºC. Etapa de
calentamiento.
11. Verificando constantemente que la velocidad de agitación se matenga a 75 rpm.
12. Cuando se haya alcanzado los 95 ºC y se detuvo el equipo, colocar el Thermoregulator
Transport a neutral (0), presionar el timer y mantener por 30 minutos. 1er Mantenimiento.
13. Luego mover el Thermoregulator Transport a down (enfriamiento) y el Cooling Controlled poner
en On (para arriba), presionar el timer. El equipo automáticamente enfriará a 1,5 ºC/min hasta
alcanzar los 50 ºC. Etapa de enfriamiento.
14. Cuando se alcance los 50 ºC el equipo se detiene automáticamente. Llevar el Thermoregulator
Transport a neutral (0) el Cooling Controlled se lleva a Off.
15. Presionar el timer y mantener esta temperatura por 30 minutos. 2do Manteniemiento.
Interpretación de las curvas de viscosidad Brabender
Para caracterizar las propiedades de las pastas de almidón se toman los siguientes puntos
significativos de la curva del amilograma:
A: Pico de máxima viscosidad.
B: Viscosidad de la pasta a los 95 °C.
C: Viscosidad al final del primer periodo de mantenimiento.
D: Viscosidad de la pasta cocida y enfriada a 50 °C.
E: Viscosidad al final del segundo periodo de mantenimiento.
B/A = Facilidad de cocción del almidón.
B – C = Estabilidad de la pasta durante la cocción.
D – C = Tendencia del almidón a retrogradar.
D – E = Estabilidad de la pasta cocida y enfriada a 50 °C.
El pico de viscosidad A, independientemente de la temperatura a la cual se alcanza, indica la mayor
viscosidad obtenida por el almidón durante el proceso de gelatinización bajo las condiciones del
ensayo.
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La forma del pico de viscosidad da información de la etapa de empastamiento, esto es, un pico
mayor a una dada concentración refleja la capacidad de los gránulos de hincharse libremente antes
de su desintegración física. Los almidones que dan picos altos, tipo almidón de papa o de
mandioca, también tienen la característica de tener un alto poder de hinchamiento. Estos almidones
que son capaces de tener un alto grado de hinchamiento son también menos resistentes a la
desintegración durante la cocción y por lo tanto presentan una significativa disminución de la
viscosidad después de alcanzar el máximo valor.
A los fines prácticos, la estabilidad de la pasta durante la cocción, también se puede expresar con
la diferencia entre el pico de máxima viscosidad y el obtenido al final del primer periodo de
mantenimiento.
El incremento de la viscosidad durante el periodo de enfriamiento indica la tendencia del almidón a
retrogradar o a reasociarse cuando la temperatura de la pasta disminuye. Esta tendencia a
retrogradar se demuestra por la diferencia entre la viscosidad de la pasta al alcanzar los 50 °C y
aquella al comienzo del periodo de enfriamiento.
La viscosidad de la pasta al concluir el segundo periodo de mantenimiento, (después de 30 minutos
a 50 °C bajo agitación constante), indica la estabilidad de la pasta cocida y enfriada a 50 °C.
Ejemplo de cómo informar los resultados obtenidos
Muestra: Fécula de mandioca nativa.
Concentración del almidón en la suspensión: 5 % base seca
pH de la suspensión: 5,50
Puntos
Significativos
Temperatura
UB
A
B
C
D
(ºC)
80
95
95
50
490
350
160
240
E
50
250
110
Facilidad de
cocción
(B/A)
Estabilidad de la
pasta durante la
cocción (B-C)
Tendencia a
retrogradar
(D-C)
Estabilidad de
la pasta cocida
y enfriada (D-E)
0,71
190
80
10
120
A
B
D
C
E
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Observación microscópica de los gránulos de almidón
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El examen al microscopio óptico se realizará colocando una gota de la muestra entre un
portaobjetos y un cubreobjetos, utilizando objetivos de 10x y 40x.
Observar la suspensión del almidón en estudio antes de iniciar el ensayo, a temperatura
ambiente. Registrar y dibujar las características distintivas de los almidones provenientes de
las diferentes fuentes
Realizar las siguientes observaciones durante el transcurso del ensayo a temperaturas de
30, 40, 50, 60, 70, 80 y 95 ºC. Registrar los cambios físicos que se producen en los gránulos
de almidón.
Establecer relaciones entre los cambios detectados y el comportamiento reológico de la
suspensión de almidón.
Referencias bibliográficas
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C. W. BRABENDER INSTRUMENTS, INC. Instruction Manual. CWB Instruments, Inc USA.
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