Proceso de Gelatinización del Almidón

Enzimas en la industria del almidón y azúcar

• La producción mundial de jarabes fructosados ha aumentado con los años.
• A partir de 1985, ha habido un incremento en los jarabes fructosados elaborados con azúcar de maíz y los no calóricos.
• Las enzimas más utilizadas en la producción de jarabes son:
  • Alfa-amilasa
  • Beta-amilasa
  • Glucoamilasa
  • Glucosa isomerasa
• El consumo de alimentos con alto contenido de fructosa está relacionado con el aumento de la obesidad.

Aplicaciones del almidón

• Como alimento:
  • Cubiertas de comprimidos
  • Adhesivos
  • Desarrollo de polímeros
  • Ingredientes
  • Siropes
• No alimento:
  • Maltodextrinas
  • Glucosa (edulcorante, fermentación)
  • Maltosa
  • Fructosa
  • Sorbitol (reducción glucosa)
  • Maltitol (hidrogenación maltosa)

Estructura y composición del almidón

• El almidón es el principal polisacárido de reserva de los vegetales.
• Es la principal fuente de calorías para la humanidad.
• Está compuesto por dos polisacáridos: amilosa y amilopectina.
• La amilosa forma una cadena lineal.
• La amilopectina tiene ramificaciones.
• Fuentes de almidón: maíz, trigo, patata, cebada, avena, guisantes.

Amilosa vs Amilopectina

• La amilosa representa entre el 20-30% del almidón y es de cadena lineal.
• La amilopectina representa entre el 70-80% del almidón y es de cadena ramificada.
• La solubilidad en agua de la amilosa es diferente a la de la amilopectina.
• En las pruebas de yodo, la amilosa se tiñe de azul y la amilopectina de rojo.

Estructura tridimensional del almidón

• Las cadenas de almidón se asocian mediante puentes de hidrógeno, formando una estructura en doble hélice.
• La asociación ocurre a lo largo de las cadenas de amilosa y entre las ramificaciones de las cadenas de amilopectina.

Gránulos de almidón

• El almidón en los cereales y tubérculos se encuentra en gránulos de almidón.
• Estos gránulos tienen una disposición radial en capas concéntricas.
• Estas capas tienen una estructura amorfa y otra parcialmente cristalina.

Hidrólisis enzimática del almidón

• Diversas enzimas hidrolizan el almidón, y los productos dependerán de la enzima.
• Alfa-amilasa (A. oryzae o B. licheniformis): Licuefacción del almidón (convierte el almidón a dextrinas).
• Beta-amilasa: Genera maltosa a partir de dextrinas.
• Amiloglucosidasa: Conversión de dextrinas en glucosa.
• Pululanasa: Desramificación de la amilopectina.
• Glucosa isomerasa: Convierte glucosa en fructosa.

Proceso de hidrólisis: Factores que dependen

• Propiedades físico-químicas del almidón: Proporción amilosa/amilopectina, contenido en hemicelulosas, lípidos y proteínas.
• Características de las enzimas: pH, temperatura, activadores (Ca 2+, Mg 2+).
• Adecuación de variables del proceso: Modificación del pH, calentamiento/enfriamiento, concentración/dilución del sustrato, activadores.
• Características del proceso: Tiempo de reacción, porcentaje de sólidos, operaciones de filtración y purificación.

Proceso del almidón

• El almidón se somete a licuefacción mediante alfa-amilasa para producir dextrinas.
• Después, se realiza sacarificación mediante glucoamilasa para obtener glucosa o maltosa.
• Finalmente, se lleva a cabo un proceso de isomerización con glucosa isomerasa para obtener glucosa y fructosa.
• Este proceso incluye filtración, purificación, evaporación y otros pasos.

Hidrólisis del almidón: gelatinización

• Para la gelatinización se suspende el almidón en agua fría a una temperatura de 20-40% s.s
• La temperatura de la suspensión se eleva a valores superiores a 60°C.
• El almidón gelatinizado tiene alta viscosidad.
• La gelatinización consiste en hinchar y romper los gránulos de almidón para facilitar el acceso de las enzimas.
• Se llevan a cabo procesos de calentamiento, enfriamiento, etc.

Condiciones del procesado de almidón

• Condiciones para licuefacción/dextrinización, sacarificación e isomerización.
• Es necesario ajustar el pH, la concentración, las temperaturas.
• Las enzimas utilizadas y la duración del proceso varían según el producto final.
• Los reactores utilizados son tanques agitados y columnas.

Jarabes de maltosa

• Condiciones optimas en cuanto a pH y temperatura.
• Enzimas necesarias (beta amilasa, alfa amilasa fúngica, pululanasa).
• Proceso de producción que incluye tanque agitado con flujo continuo.
• Posible aplicación en alimentos, bebidas alcohólicas, elaboración de helados y golosinas.

Jarabes de glucosa

• Condiciones optimas en cuanto a pH y temperatura.
• Enzimas necesarias (glucoamilasa, pululanasa).
• Proceso de producción que incluye tanque agitado en serie, flujo continuo.
• Principalmente se emplea en golosinas, alimentos enlatados, panaderías, elaboración de mermeladas, alimentos infantiles.

Condiciones de sacarificación

• Condiciones de pH, concentración de sólido, tiempo de reacción, dosis de enzimas para obtener glucosa y maltosa.
• La temperatura, la cantidad de enzima y la cantidad de sustrato son factores clave.
• Utilización de glucoamilasa, pululanasa, amiloglucosadasa.

Jarabes de fructosa

• El objetivo es transformar glucosa en fructosa.
• Enzima necesaria para este paso: glucosa isomerasa.
• Condiciones óptimas de pH, temperatura, tiempo de reacción.
• Proceso con columnas y tanques agitados en serie, que van a depender de la concentración de fructosa.

Condiciones de isomerización

• Condiciones de pH, concentración de sustrato, temperatura, tiempo de reacción.
• Una enzima clave en este paso es la glucosa isomerasa.
• La temperatura óptima y concentraciones de Mg 2+ y SO2 son críticos.

Control del proceso de Licuefacción (dextrinización)

• Temperatura del jet cooker: Temperatura menor a 105°C para gelatinización incompleta, superior a 105°C para inactivación enzimática.
• pH: pH menor a 5,8 para inactivación incompleta y pH mayor a 6.2 para coloración anómala.
• % de sólido seco: altos porcentajes de ss estabilizan la enzima, pero una gelatinización incompleta genera problemas de filtración.
• Iones de calcio(Ca2+): los iones calcio confieren estabilidad a altas temperaturas en ciertas enzimas.

Sacarificación (descripción general)

• La hidrolisis de las dextrinas en glucosa o maltosa.
• Se usan diferentes enzimas dependiendo del tipo de jarabe.

Enzimas utilizadas para la aceleración del proceso

• Proteasas: Hidrolizan enlaces peptídicos en proteínas.
• Lipasa: Hidrolizan enlaces éster en lípidos.
• El uso de proteasas, lipasas y otras enzimas se centran en modificar las proteínas presentes para conseguir las características deseadas del queso durante el proceso de maduración.

Preguntas del examen general

• El examen pregunta sobre el equivalente de dextrosa en la elaboración de jarabes de glucosa a partir de almidón con alfa-amilasa.
• Se pide la descripción del equivalente de dextrosa.

Enzimas en la industria láctea

• Lactasa: Enzima que hidroliza la lactosa en glucosa y galactosa.
• Lipasa: Enzima que hidroliza los lípidos.
• Proteasas: Enzimas que hidrolizan las proteínas.
• Catalasas: Enzimas que catalizan la descomposición del peróxido de hidrógeno.
• Lactoperoxidasa: Sistema antimicrobiano natural de la leche.
• Lisozimas: Enzimas que degradan la pared celular de bacterias (Gram+).
• Fosfatasas: Enzimas para eliminar olor de la leche cocida.
• Reductasas: Enzima para análisis.

Hidratos de carbono de la leche: lactosa

• Lactosa es un disacárido (β-D-galactopiranosil (1,4) D-glucopiranosa).
• Formado por galactosa y glucosa.
• Propiedades: NO tiene sabor dulce (Solo proporciona energía).
• Tipos de intolerancia a la lactosa: primaria (disminución de la lactasa), secundaria (daño intestinal) y congénita (falta de producción de lactasa).
• Síntomas: intestinales (flatulencias, diarrea, dolores).

Hidrolizis enzimática de la lactosa: Lactasa

• Es una beta-galactosidasa (C.E.3.2.1.23)
• Hidroliza el enlace beta-1,4 del disacárido beta-D-galactopiranosil (1,4) D-glucopiranosa.
• Los microorganismos utilizados industrialmente son: levaduras y mohos.

Coagulantes en la industria láctea

• Diversos tipos: animales, microbianos y vegetales.
• La elección depende de criterios de costo, eficacia, calidad y exigencias en cuanto a los productos resultantes.

Acidez muscular post-mortem

• Inmediatamente después de la muerte, los músculos contienen ATP y un pH de 6.7-7.2.
• El sangrado afecta al aporte de oxígeno, disminuyendo el potencial de oxidación-reducción.
• La glucólisis anaeróbica genera ácido láctico y disminuye el pH.
• La formación de actomiosina induce rigidez cadavérica (rigor mortis).
• Los cambios en pH, oxígeno, ATP, glucógeno y otros compuestos se observan durante el proceso post-mortem.

Inspiración de rigor mortis

• Rigor mortis es la solidificacion muscular que ocurre después de la muerte.
• La unión entre actina y miosina es irreversible.
• Esta unión dura hasta que se activa la proteólisis.

Maduración de la carne

• La maduración de la carne implica cambios químicos (cambios físico-químicos) como consecuencia de la disminución del pH tras el sacrificio.
• Los cambios implican variaciones en la concentración de compuestos como el glucógeno,
• El proceso implica cambios químicos, como en la relación oxidación-reducción, y en los ácidos orgánicos volátiles.

Este cuestionario aborda el proceso de gelatinización del almidón, explorando aspectos como la temperatura, la isomerización y la sacarificación. Se analizarán las estructuras de amilopectina y amilosa, así como el efecto de la alfa-amilasa en la hidrólisis del almidón. Ideal para estudiantes de química y ciencias alimentarias.