Los gránulos de almidón intactos o crudos son insolubles en agua, pero pueden absorber agua de manera reversible. En presencia de agua y calor, el almidón se gelatiniza, un proceso responsable del espesamiento de los sistemas alimentarios. La temperatura elevada del agua le permite penetrar los gránulos de almidón, hincharlos hasta que estén completamente gelatinizados (hidratados). También hay una pérdida en el orden granular y molecular dentro del gránulo de almidón. La pérdida visible de orden se caracteriza por la pérdida de cristalinidad y birrefringencia, y el hinchamiento de los gránulos.
El hinchamiento de los gránulos da como resultado el espesamiento y el aumento de la viscosidad (resistencia al flujo) del líquido. Los almidones se encuentran en forma cristalina granular, que consta de los polímeros amilosa y amilopectina. El primero ayuda en la formación de gel mientras que el segundo proporciona la viscosidad.
La gelatinización del almidón tiene varias aplicaciones, las más comunes son en pastas, salsas y productos horneados.
Para controlar la textura de los alimentos, se emplean principalmente para absorber agua y producir fluidos viscosos, pastas y geles. El grado de gelatinización del almidón afecta una variedad de características del producto, como la textura, la estabilidad durante el almacenamiento y la velocidad de digestión. En las masas para pasteles y las galletas y masas para pasteles con poca humedad, hasta el 90 % del almidón del producto no está gelatinizado. Mientras que la producción de productos horneados como pan blanco y pastel de ángel puede incluir la gelatinización de hasta el 96% del almidón.
Vamos a discutir más.
EL GRANULO DE ALMIDÓN (AMILOSA Y AMILOPECTINA)
El gránulo de almidón se compone de polisacáridos amilosa y amilopectina. La mayoría de los almidones de cereales contienen de 20% a 30% de amilosa y de 80% a 70% de amilopectina. La siguiente tabla muestra el contenido de amilosa de los almidones de cereales granulares comunes.
| ALMIDÓN | CONTENIDO DE AMILOSA (%) |
| Cebada | 22 |
| alto en amilosa | 52 |
| Maíz | 28 |
| Avena | 23-24 |
| Arroz | 17-19 |
| Maíz ceroso | 1 |
| Trigo | 22 |
Tanto la amilosa como la amilopectina sirven como medio de almacenamiento de energía (azúcar) en las plantas. La principal diferencia entre los dos es que la amilosa es un polímero de cadena lineal. Varias unidades de glucosa están dispuestas de forma lineal a través de enlaces glucosídicos alfa (1-4). Mientras que la amilopectina es un polímero ramificado, las unidades de glucosa están dispuestas de forma ramificada. Debido a la estructura ramificada de la amilopectina, exhibe una mejor solubilidad que la amilosa.
La estructura y composición del almidón determinan la temperatura de gelatinización. Mientras que la cantidad de ramificación de amilopectina en el almidón afecta la temperatura de gelatinización, una cantidad significativa de amilopectina facilita el proceso de gelatinización.
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Los almidones que carecen de amilosa se espesan pero no gelifican, mientras que los que tienen un alto contenido de amilosa pueden gelificarse o mantener su forma cuando se moldean. Las moléculas de amilopectina no forman enlaces químicos. Cuanta más amilopectina haya, más espesa será la pasta de almidón (no un gel), pero cuanta más amilasa presente, más robusto será el gel.
CÓMO SE REALIZA LA GELATINIZACIÓN DEL ALMIDÓN
La temperatura de gelatinización varía según el tipo de almidón. (Consulte la tabla a continuación para conocer la temperatura de gelatinización de cada almidón). Una vez que se alcanza la temperatura requerida para la gelatinización, la energía cinética de las moléculas de agua calentadas rompe los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de almidón.
Luego, el almidón forma enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua en lugar de otras moléculas de almidón presentes. La formación de enlaces de hidrógeno permite que el agua entre más en el gránulo de almidón. En este punto, se produce el hinchamiento de los gránulos de almidón. A medida que las cadenas de amilosa lixivian los gránulos de almidón, algunos de ellos se difunden.
El gránulo poco cocido pierde su birrefringencia y su estructura cristalina organizada. Debido a que el índice de refracción del gránulo expandido es tan cercano al del agua, hay un aumento notable en la translucidez. Bajo un microscopio de luz polarizadora de platina caliente, se pueden ver algunas etapas tempranas de gelatinización. La gelatinización se puede medir observando la disminución de la birrefringencia (la desaparición de la cruz de Malta). La primera etapa, la intermedia y la última etapa son la pérdida inicial de birrefringencia (iniciación).
El rango de temperaturas a las que se produce la gelatinización total se establece por la pérdida completa de birrefringencia.
A medida que aumenta la temperatura, aumenta la hinchazón de los gránulos. Los primeros en hincharse son los gránulos de almidón más grandes. Los gránulos que se han hinchado ocupan más espacio y hacen que la mezcla se espese al liberar amilosa y algo de amilopectina. A medida que la pasta de almidón se gelatiniza, continúa espesándose, volviéndose más viscosa y resistente al flujo.
El paso final es cocinar la mezcla de almidón gelatinizado (rellenos para pasteles, salsa) durante varios minutos más para desarrollar el sabor.
Los almidones cocidos tienen una variedad de características que se pueden usar para categorizarlos aún más. Los almidones de cereales (maíz, trigo y arroz) se forman para producir pastas espesas de cuerpo corto que, cuando se enfrían, se transforman en geles opacos. Al enfriarse, los almidones de la patata y la tapioca producen geles transparentes y endebles. El almidón de maíz con alto contenido de amilosa debe calentarse a altas temperaturas para gelatinizarse, lo que da como resultado geles opacos de cuerpo corto que son rígidos cuando se enfrían.
FACTORES QUE AFECTAN LA GELATINIZACIÓN
La gelatinización completa del almidón es clave para producir pastas viscosas o geles fuertes. Pero para producir una mezcla de almidón gelatinizado de alta calidad, se deben observar varios factores. Aquí están algunas:
La temperatura
Se requiere una temperatura elevada para que ocurra la gelatinización. La terminación es hasta 203°F (95°C). La temperatura varía en función del almidón de que se trate. Consulte la siguiente tabla para conocer los tipos de almidones y su temperatura de gelatinización.
| ALMIDÓN | TEMPERATURA DE GELATINIZACIÓN (en °C) |
| Almidón de maíz común | 62-80 |
| Almidón de maíz alto en amilosa | 66-170 |
| Almidón de patata | 58-65 |
| Almidón de tapioca | 52-65 |
| Almidón de maíz ceroso | 62-72 |
| Almidón de trigo | 52-85 |
La gelatinización requiere calor húmedo para llevarse a cabo. La hidrólisis del almidón por calor seco da como resultado la formación de dextrinas de cadena más corta (dextrinización). Esto afecta la viscosidad de la pasta de almidón y la fuerza del gel de almidón. Tanto la viscosidad de la pasta como la resistencia a la tracción del gel disminuyen. La harina que se ha “dorado” con calor seco le da a las mezclas de alimentos un ligero sabor tostado y un tinte marrón. Aunque muchas recetas podrían requerir este resultado dorado.
Otra cosa a considerar es la duración del calentamiento. Todos los gránulos deben tener suficiente tiempo para expandirse, especialmente si los tamaños de los gránulos varían. La mezcla resultante puede ser más delgada cuando se prolonga el tiempo de calentamiento debido a la posibilidad de que se agite demasiado y se rompan los gránulos más grandes. Alternativamente, cocinar durante un período prolongado de tiempo en una caldera doble abierta puede hacer que el agua se evapore y diluya la mezcla.
En general, una dispersión de almidón en agua será típicamente más espesa a una temperatura de punto final determinada cuanto más rápido se cocine.
Ácido
La adición de ácido normalmente afecta negativamente a los gránulos de almidón durante la cocción. Esto da como resultado la fragmentación y la producción de polímeros de cadena corta, como las dextrinas. Debido a que el gránulo de almidón absorbe menos agua como resultado de la hidrólisis, la pasta caliente es más delgada y el producto enfriado es menos sólido. En pocas palabras, la hidrólisis ácida forma geles de almidón que son más suaves, más elásticos y menos cohesivos.
Sin embargo, esto se puede prevenir agregando ácido a una mezcla de almidón más tarde, una vez que el almidón se haya gelatinizado y haya comenzado a espesarse. Las salsas de almidón con frecuencia se vuelven ácidas al agregar vinagre, tomates, frutas o jugo de cítricos.
Grasas y proteinas
Un buen ejemplo de esto son los jugos de carne utilizados para producir salsa de carne. La grasa de la carne está allí para cubrir inicialmente la superficie de los gránulos de almidón, retrasando la hidratación y la viscosidad del material. Los gránulos de almidón son “impermeabilizados” por la grasa para que el agua no pueda atravesarlos fácilmente durante el proceso de gelatinización.
Como resultado, hay menos hinchazón granular y menos amilosa que sale del gránulo, lo que reduce la viscosidad de la pasta de almidón y debilita la fuerza del gel.
Este trabajo determinó el efecto del tipo de grasa (sebo de res y grasa de ave), el contenido de grasa y las condiciones de procesamiento en el grado de gelatinización del almidón del alimento seco extruido para mascotas. Los resultados revelaron que el aumento del contenido de grasa redujo significativamente el grado de gelatinización del almidón de los extruidos. Y en comparación con la grasa de ave, la adición de sebo de res condujo a un nivel reducido de gelatinización del almidón.
Enzimas
Las enzimas son proteínas especiales que actúan como catalizadores de diversas reacciones.
Ciertas enzimas, incluidas la α-amilasa, la β-amilasa y la beta-glucoamilasa, pueden hidrolizar los almidones.
Las endoenzimas pueden descomponer el almidón en cualquier parte de la cadena del almidón, incluidos los gránulos de almidón intactos. Dependiendo del grado de hidrólisis que ocurra, los productos de hidrólisis de la β-amilasa son glucosa, maltosa y dextrinas, y esto puede ser ventajoso en la producción de pan comercial.
La exoenzima β-amilasa actúa sobre las cadenas rotas de amilosa o amilopectina, así como sobre los enlaces glucosídicos α-1,4 del extremo no reductor. La hidrólisis adicional del almidón de dos unidades de glucosa a la vez produce maltosa.
Más allá de los puntos de ramificación de la amilopectina, la β-amilasa no puede hidrolizar el almidón. El enlace 1,4 de la glucosa es hidrolizado por la enzima -glucoamilasa, mientras que los enlaces 1,6 del almidón se hidrolizan lentamente.
Azúcar
La introducción de azúcar, particularmente lactosa y sacarosa, reduce la viscosidad de la pasta de almidón y la firmeza del almidón cocido y enfriado.
Este es el por qué.
Como ya sabemos, el azúcar también absorbe agua. Por esta razón, los gránulos de almidón tendrán que competir con el azúcar y tardarán más en absorber agua. Como resultado, el gránulo de almidón no se hinchará rápida o completamente. Además, el azúcar eleva la temperatura necesaria para que se produzca la gelatinización.
Si se trabaja tanto con azúcar como con ácido, es importante el momento en que se agrega el azúcar. Para producir una mezcla y un gel más espeso, es mejor agregar parte del azúcar antes de que el almidón se espese y el resto se agrega más tarde. Con este método, hay menos azúcar compitiendo por la absorción de agua, en comparación con cuando se agrega todo el azúcar al comienzo de la cocción.
Agregar ácido y azúcar al almidón en la primera parte de la cocción solo da como resultado una menor hinchazón. Primero, debido a una menor absorción de agua y segundo, a una menor hidrólisis del ácido.
Sal
Al igual que el azúcar, la sal es un soluto que eleva la temperatura necesaria para la gelatinización. Pero este efecto es deseable cuando se cocina pasta. Sin el conocimiento adecuado de cocina, uno puede terminar con una pasta cocida pegajosa.
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La pasta suele estar hecha de almidón de trigo, que comienza a gelatinizarse alrededor de los 55 °C (131 °F). Al agregar sal, aumenta la temperatura a la que aumentan los gránulos de almidón. En otras palabras, la sal disminuye la gelatinización del almidón en la pasta. Además, la sal reduce la absorción de agua de la pasta para mantenerla firme y no pegajosa.
Agitación (agitación)
La agitación durante todo el proceso de gelatinización del almidón es necesaria para producir una mezcla que sea uniforme, sin que se formen grumos. Permite que los gránulos de almidón se expandan separados unos de otros. Sin embargo, una vez completada la gelatinización, la agitación vigorosa puede romper los gránulos de almidón, lo que puede diluir las mezclas de almidón.
Referencias:
NA Michael Eskin, F. Shahidi (2013). Bioquímica de los alimentos (3ª edición). Prensa Académica.
S. Damodaran, K. Parkin (2017). Química alimentaria de Fennema (5ª edición). Prensa CRC.
V. Vaclavik, E. Christian (2014). Fundamentos de la ciencia de los alimentos (4ª edición). Saltador.
J. deMan, J. Finley, W. Jeffrey Hurst, CY Lee. Principios de química de los alimentos (4ª edición). Saltador