Caracterización de las modificaciones físicas en los gránulos de almidón de Vicia faba y Pisum sativum

Caracterización de las modificaciones físicas en los gránulos de almidón de Vicia faba y Pisum sativum

Arce, R.; Hurtado, I. & Pizarro, N.

I. INTRODUCCIÓN

Las semillas de las legumbres, poseen una importancia en la dieta de los países en desarrollo, ya que son la segunda categoría principal de cultivos alimenticios que se consumen después de los cereales (Kӧksel et al., 1998; Singh et al., 2004; Du et al., 2014). Poseen un 24 a 68% de carbohidratos, siendo dominante el almidón con un 22 a 45% (Hoover y Susulski, 1991; Hoover y Zhou, 2003; Sofi et al., 2013).

El almidón es el principal polisacárido de reserva en cereales, leguminosas, semillas, tubérculos y frutos verdes; y se organizan en pequeños gránulos, los cuales se extraen por medios físicos para ser utilizados en diversas industrias, incluyendo la alimentaria. Actualmente existe un interés mayor en el procesamiento y aplicación de las legumbres como ingredientes en productos alimenticios procesados listos para servir, debido a sus características estructurales y fisicoquímicas que presenta su almidón (Alvarez et al., 2014). Sin embargo, la producción de almidón procedente de legumbres es todavía pequeña si se compara con la producción total de almidón, la cual se sitúa en torno a los 6 millones de toneladas anuales (Aguilera, 2009).

II. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Caracterizar las modificaciones físicas de los gránulos almidón de Vicia faba y Pisum sativum

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

- Determinar morfológicamente los gránulos de almidón de Vicia faba y Pisum sativum.

- Determinar el grado de gelatinización en los gránulos de almidón de Vicia faba y Pisum sativum.

- Determinar el efecto de la hidrolisis ácida y enzimática en los gránulos de almidón de Pisum sativum.

III. MARCO TEÓRICO

1. ALMIDÓN

El almidón es un polisacárido de reserva energética de los vegetales y se localiza principalmente en cereales, raíces, tubérculos, frutas y semillas (Whistler y col., 1984). Ocupa el segundo lugar de abundancia en la naturaleza después de la celulosa, almacenándose en los amiloplastos de las células vegetales (Martin y Smith, 1995; Yuryev y col., 1995; Badui, 2013)

1.1. COMPOSICIÓN QUÍMICA

Químicamente los almidones están constituidos por α–D-glucopiranosa en cadenas lineales con enlaces α (1.4) que establece largas cadenas lineales con 200 - 2500 unidades, es decir, la amilosa es una α-D-(1,4)-glucana, cuya unidad repetitiva es la α-maltosa. Como se observa en la figura 1, tiene la facilidad de adquirir una conformación tridimensional helicoidal, en la que cada vuelta de la hélice consta de seis moléculas de glucosa. Además se constituye también por la amilopectina, la cual se diferencia de la amilosa porque contiene ramificaciones; las ramas están unidas al tronco central por enlaces α-D-(1,6), localizadas cada 15-25 unidades lineales de glucosa (Badui, 2013).

Alrededor del 70% del material que compone el almidón corresponde al polímero ramificado amilopectina. El 30% restante lo compone un polímero no ramificado o ligeramente ramificado, la amilosa (Smith et al., 2001).

Figura1. Estructuras moleculares del almidón a) Enrollamiento helicoidal de la amilosa; b) Estructura química de la amilopectina (Badui, 2013).

1.2. CARACTERÍSTICAS GRÁNULOS DE ALMIDÓN

Los gránulos de almidón consisten de anillos concéntricos donde se encuentran regiones cristalinas y amorfas.

Figura 2. Modelo del gránulo de almidón en relación con sus estructuras cristalinas y amorfas. (a) Estructuras semicristalinas formadas por láminas amorfas. (b) Visión de apilación de las estructuras cristalinas y amorfas. (c) Estructura cristalina formada por dobles hélices de amilopectina mientras que las estructuras amorfas contienen amilopectina en sus puntos de ramificación. (Donald y col., 1997).

La región cristalina está formada por cadenas de racimos de la amilopectina, mientras que la región amorfa está constituida por puntos ramificados de amilopectina y amilosa (Donald y col., 1997).

2. ALMIDÓN MODIFICADO

Son almidones que estructuralmente se han modificado con la finalidad de conferirles propiedades funcionales que no presentaban naturalmente (figura 3). Estas propiedades son utilizadas ampliamente por las industrias dado que actúan como espesantes, estabilizadores, humectantes, aglomerantes anti humectantes, acarreadores en el secado de pigmentos, etc.; los cuales son diseñados para funcionar a diferentes pH, sales y diferentes componentes de los alimentos (Badui, 2013).

Figura 3. Modificaciones de Almidón (Staley International, 2009).

2.1. MODIFICACIONES FÍSICAS

2.1.1. GELATINIZACIÓN

Es el proceso por el cual los gránulos de almidón al ser calentados en agua, lentamente absorben el líquido del medio acuoso y comienzan a hincharse (Badui, 2013).

2.1.2. HIDRÓLISIS POR ÁCIDOS

Se obtiene calentando una suspensión de almidón al 40 por ciento a <55°C en presencia del HCL o de H2SO4 durante varias horas para lograr la viscosidad deseada (Badui, 2013).

IV. MATERIALES Y MÉTODOS

A. EXTRACCIÓN DE LOS GRÁNULOS DE ALMIDÓN

Se tomó 100 g de cada muestra, se le agregó y homogenizó con agua en una proporción de 1:3 (muestra:solvente) por 15 minutos, para luego colarlo a través de gasa y dejar reposar el filtrado por 1 hora en la refrigeradora. Después se decantó el agua para quedarse con el almidón y se lavó con alcohol al 96%, dos veces manteniendo la relación 1:3. El precipitado final se colocó en una estufa entre 60 °C por 2 horas para secar las muestra. Finalmente se dejó enfriar la muestra en la estufa y se pesó.

Figura 4. Diagrama del proceso de extracción de almidón.

B. MORFOLOGIA DE LOS GRANULOS DE ALMIDÓN

A partir de los almidones extraídos de las semillas de Pisum sativum y Vicia faba, se preparó una solución de almidón al 1% para cada muestra. Finalmente se examinó en el microscopio con un aumento 1000X, visualizando la forma y el tamaño de los gránulos de almidón con el colorante lugol.

C. GELATINIZACIÓN Y GELIFICACIÓN

A partir de los almidones extraídos de las semillas de Pisum sativum y Vicia faba, se preparó una solución de almidón al 2% para cada muestra. También se preparó una batería de tubos para evaluar los gránulos de almidón de cada muestra en las temperaturas de 40 °C, 50 °C, 70 °C y 90 °C; tomando una gota de suspensión de cada tubo cada 5 minutos, para luego agregarle una gota de lugol y observarlo en el microscopio.

D. HIDRÓLISIS ÁCIDA

A partir del almidón extraído se preparó una solución de almidón al 2% de Pisum sativum. En un beaker se preparó una solución de 20 ml de almidón de Pisum sativum al 2 % con ácido clorhídrico y se llevó a hervir. Se preparó una batería de tubos, tomando un mililitro cada 5 minutos a partir de la hidrolisis y haciendo una reacción con Lugol.

E. HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA

A partir del almidón extraído se preparó una solución de almidón al 2% de Pisum sativum. En un beaker se preparó una solución de 20 ml de almidón de Pisum sativum al 2 % con un mililitro de enzima amilasa y se llevó a baño maría a una temperatura de 37°C. Se preparó una batería de tubos, tomando un mililitro cada 5 minutos a partir de la hidrolisis y haciendo una reacción con Lugol.

V. RESULTADOS Y DISCUSIONES

A. EXTRACCIÓN DE LOS GRÁNULOS DE ALMIDÓN

MUESTRA PESO PLACA INICIO (g) PESO PLACA + MUESTRA (g) PESO MUESTRA (g) PESO PLACA + ALMIDÓN PESO DE ALMIDÓN

Vicia faba 198.5 298.5 100 228 70.5

Pisum sativum 174.0 274.0 100 214.5 59.5

Tabla1. Peso de la muestras de almidón de P. sativum y V. faba

Los gránulos de almidón son insolubles en agua fría debido a que su estructura está altamente organizada y presentan una gran estabilidad en sus múltiples interacciones que existen con sus dos polisacáridos constituyentes (amilosa y amilopectina) (Badui, 2013). Entonces aprovechando la insolubilidad del almidón en agua fría, se extrajo el almidón en las legumbres estudiadas.

Según Horstmann (2017), nos mencionan que el porcentaje de almidón que se puede extraer de P. sativum y V. faba es de alrededor de 92.3 y 90.2 – 90.8 respectivamente. Comparando con nuestros resultados esto indicaría que en la extracción que se realizó, existió un error en la decantación del agua y el alcohol en el proceso de extracción de los almidones. A pesar de ello la cantidad fue suficiente para poder analizar las otras pruebas.

B. MORFOLOGÍA DE LOS GRÁNULOS DE ALMIDÓN

C GRÁNULOS DE ALMIDÓN

Pisum sativum Vicia faba

1000 X

1000X

La morfología que presenta P. sativum y V. faba; se caracteriza por ser redonda, elíptica y de superficie lisa. Respecto a los rangos de medida (µm), para V. faba se registran rangos entre 6.0 a 25.0 y para P. sativum 7.0–3.2 (Horstmann et al, 2017). La importancia de conocer el tamaño y la forma del gránulo de almidón radica en que son factores influyentes en la reología, las propiedades funcionales y estructurales de los alimentos (Schirmer et al., 2012); tal es así que los gránulos de almidón que presenten superficies lisas (como el caso de estas muestras), son más resistentes a la hidrolisis enzimática (Tester et al., 2006 & Langworthy et

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