ES2639839T3 - Proceso de tratamiento del almidón - Google Patents

Abstract

Un método para mejorar las propiedades de unión al agua, manteniendo al mismo tiempo la resistencia de un almidón con alto contenido de amilosa que incluye las etapas de tratar el almidón con alto contenido de amilosa a a) una temperatura superior a su temperatura de gelatinización; y b) una presión superior a 400 bares, en el que el tiempo necesario para llevar a cabo el tratamiento es de 30 a 90 minutos; y la presión se aplica por microfluidización.

Description

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DESCRIPCION

Proceso de tratamiento del almidon

Esta invencion se refiere a la modificacion funcional de almidon particularmente resistente para mejorar las propiedades de union al agua, al mismo tiempo que se retiene la resistencia del almidon.

Antecedentes de la invencion

El almidon tiene una gran influencia sobre las propiedades de los alimentos. Su capacidad para mantener la humedad, espesar y formar gel son propiedades deseables del almidon que contribuyen al desarrollo de la textura lo que le convierte en un ingrediente alimentario valorado. Algunas de sus otras funciones son la estabilizacion de emulsiones, el recubrimiento de productos alimenticios y la encapsulacion de componentes alimenticios para la proteccion de componentes sensibles y la administracion objetivo.

El almidon se compone de dos poffmeros, amilosa, una estructura lineal de cadena larga y amilopectina, un poffmero de alto peso molecular altamente ramificado. La proporcion de amilosa a amilopectina vana con la fuente de almidon. Algunos almidones se han seleccionado geneticamente de manera que no contienen ninguna amilosa (por ejemplo, almidon de mafz ceroso). El almidon existe como granulos y para que sean funcionales, necesitan hidratar, hincharse y ser expuestos al calor. La coccion sin agitacion da como resultado granulos hinchados y el desarrollo de la viscosidad. El cizallamiento o agitacion generalmente provoca una rotura de los granulos y una disminucion de la viscosidad.

Los almidones nativos tienen un uso limitado en aplicaciones de alimentos ya que tienen baja tolerancia al proceso y producen pastas de cuerpo debil. Pueden derivatizarse (por ejemplo, mediante la reaccion de los grupos hidroxi con un agente qmmico) o modificarse (por ejemplo mediante tratamiento acido o aplicacion de calor) para hacerlos mas utiles en aplicaciones alimentarias. Hay varios almidones modificados qmmicamente (por ejemplo, hidroxipropropialmidon, esteres de almidon tales como almidon acetilado y fosfatado, almidon hidrolizado y almidon tratado con enzima que han sido tratados con acido o enzimas para reducir el tamano molecular medio) que han encontrado uso en una amplia gama aplicaciones alimentarias. Aunque la modificacion qmmica puede impartir caractensticas deseables al almidon, existe un creciente interes en el uso de tratamientos ffsicos para modificar el almidon. En la actualidad, hay almidon pregelatinizado que ha sido pre-pegado y precocinado. Aunque tienen aplicaciones en comidas preparadas debido a su capacidad para hidratar y crear viscosidad a bajas temperaturas, son menos viscosos que los almidones originales.

Los biopoffmeros alimentarios pueden modificarse ffsicamente mediante la aplicacion de calor, cizallamiento y alta presion. El procesamiento a alta presion de almidon de trigo a 60 MPa a 25 °C durante 15 min dio como resultado propiedades de hinchamiento alteradas y liberacion de amilosa de granulos de almidon (Douzals, J.P., Perrier Cornet, J.M., Gervais P. y Coquille J.C., 1998. High pressure gelatinisation of wheat starch and pressure-induced gels. J. Agric. Food Chem 46, 4824 - 4829). La presion dinamica pulsada (414 o 620 MPa a 70 °C) del almidon de mafz y del almidon de mafz modificado disminuyo la temperatura de fusion pero no cambio la viscosidad de las suspensiones de almidon (Onwulata, C.I. y Elchediak, E., 2000. Starches and fibers treated by dynamic pulsed pressure. Food Research International 33, 367 - 374). El tratamiento de dispersiones de almidon de mafz ceroso al 10 % a 450-600 MPa aumento generalmente la viscosidad aparente (Stolt, M., Stoforos, N.G., Taoukis, P.S. u Autio, K., 1999. Evaluation and modeling of rheological properties of high pressure treated waxy maize starch dispersions. Journal of Food Engineering 40, 293 - 298).

Se ha demostrado que el tratamiento con ultrasonido reduce el peso molecular del almidon de trigo (Seguchi, M., Higasa, T. y Mori, T., 1994. Study of wheat starch structures by sonication treatment. Cereal Chemistry 71(6) 636 - 639). La degradacion del almidon de mafz ceroso se observo despues de la aplicacion de ultrasonidos. La degradacion se acelero a o por encima de la temperatura de gelatinizacion del almidon (Isono, Y., Kumagai, T. y Watanabe, T., 1994. Ultrasonic degradation of waxy rice starch. (Biosci. Biotech. Biochem 58(10) 1799-1802). El tratamiento con ultrasonido de almidones de frijol mungo, patata y arroz no cambio el grado de polimerizacion, pero sus propiedades funcionales se modificaron por sus efectos que alteraron los granulos hinchados en lugar de romper enlaces dentro de la molecula de almidon (Chung, K.M., Moon, T.W., Kim, H. y Chun, J.K., 2002. Physiochemical properties of sonicated mung bean, potato and rice starches. Cereal Chemistry, 79 (5)631-633).

Se han propuesto metodos ffsicos para modificar las propiedades del almidon. La patente US-5455342 divulga el tratamiento a presion del almidon y la goma de guar. La patente US-5945528 divulga la produccion de productos de descomposicion del almidon que tienen una distribucion de peso molecular estrecha utilizando un homogeneizador de alta presion. La patente US-6048563 divulga la preparacion de productos de guar funcionalmente modificados que tienen baja viscosidad y un alto contenido de fibra usando alto cizallamiento en condiciones acidas.

La patente US-6689389 divulga un tratamiento de lavado y cizallamiento para purificar almidon y eliminar protemas y reducir la distribucion de peso molecular.

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Otros metodos descritos en la bibliograffa incluyen procesamiento a alta presion o tratamiento con ultrasonido.

El almidon resistente es el almidon que no se absorbe en el intestino delgado. Llega al intestino grueso donde es fermentado por la microflora del colon. Tiene un papel importante en la salud humana como ingredientes nutricionales.

Los almidones resistentes son diffciles de procesar y los ingredientes tienen propiedades funcionales deficientes principalmente porque tienen malas propiedades fijadoras de agua en comparacion con los almidones no resistentes.

Es un objeto de esta descripcion divulgacion proporcionar un nuevo metodo ffsico para variar las propiedades funcionales del almidon resistente de una manera controlada y predecible.

Breve descripcion de la invencion

La presente invencion, tal como se define en las reivindicaciones, proporciona un metodo para obtener un almidon resistente con propiedades mejoradas de union al agua en las que se trata un almidon con alto contenido de amilosa a una temperatura por encima de la temperatura de gelatinizacion del almidon a una presion superior a 400 bares durante un tiempo suficiente para producir propiedades de union al agua mejoradas mientras se mantiene la resistencia.

Los parametros del proceso se controlan para producir propiedades funcionales deseables, tales como propiedades mejoradas de gelificacion, espesamiento y solubilizacion. Las condiciones de procesamiento pueden afectar al contenido resistente de almidon a traves de su influencia en la gelatinizacion y retrogradacion.

Esta divulgacion se basa en parte en el descubrimiento de que la aplicacion de calentamiento y microfluidizacion modifica propiedades seleccionadas tales como viscosidad, tamano de parffcula, peso molecular, caractensticas termicas del almidon resistente. El tratamiento de presion de la invencion tal como se define en las reivindicaciones permite la produccion de propiedades deseables del almidon cuando se usa en una gama de aplicaciones alimentarias y farmaceuticas mientras que mantiene un contenido de almidon resistente significativo; por ejemplo, una viscosidad a 50 °C por encima de 10 cPs y un contenido de almidon resistente por encima del 30 % en peso en base seca.

Las tecnologfas de procesamiento de los alimentos tales como la homogeneizacion a alta presion, la microfluidizacion, el procesado a alta presion y la aplicacion de ultrasonidos son de interes debido a su potencial para alterar las caractensticas de rendimiento de biopoffmeros sin recurrir al uso de productos qrnmicos. La capacidad de utilizar procedimientos ffsicos en lugar de otros tratamientos para modificar las propiedades de rendimiento del almidon para crear nuevos ingredientes alimenticios con propiedades diferenciadas tiene varias ventajas. En cuanto a los procesos ffsicos, no hay necesidad de usar muchos de los productos qrnmicos usados en muchos procesos de la tecnica anterior. El proceso de modificacion ffsica es un proceso mas limpio y mas ecologico.

Esta es una ventaja en una sociedad en la que se hace cada vez mas hincapie en mantener el medio ambiente limpio y reducir los aditivos que se utilizan en la elaboracion de alimentos.

No se ha propuesto previamente el uso de microfluidizacion para la modificacion del almidon con un alto contenido de amilosa en combinacion con calentamiento para precocinar granulos de almidon.

En comparacion con los tratamientos de presion de la tecnica anterior, el proceso de microfluidizacion utiliza camaras de interaccion y auxiliares disenadas con microcanales de geometna fija definidos para conseguir una reduccion uniforme del tamano de las parffculas y de las gotitas. Implica dividir un ffquido en dos microcanales y recombinarlos en una camara de reaccion donde los dos chorros de ffquido chocan, causando cavitacion. El tamano de parffcula del producto resultante producido por microfluidizacion bajo la misma presion que la homogeneizacion es ligeramente menor que la del el producto homogeneizado y con una distribucion de tamano de parffcula mas estrecha.

Otro aspecto de la presente divulgacion se basa en el descubrimiento de que la aplicacion del procesamiento estatico de alta presion o tratamiento con ultrasonido tambien modifica las propiedades ffsicas del almidon resistente a la humedad manteniendo al mismo tiempo un contenido de almidon resistente importante despues del procesamiento.

El metodo de esta invencion usa temperaturas elevadas por encima de la temperatura de gelatinizacion del almidon y estas temperaturas oscilan generalmente entre 60 °C y 160 °C. El tiempo necesario para llevar a cabo el tratamiento se determina por el cambio de propiedades deseado, pero generalmente es de 30 a 90 minutos.

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Las propiedades modificadas dependen del tipo de almidon y de los parametros de calentamiento y microfluidizacion. La microfluidizacion es la presion reivindicada. Produce mayores cambios de peso molecular que los obtenidos mediante el procesamiento a alta presion o tratamiento con ultrasonido. El intervalo de presion es preferiblemente de 400 a 1.000 bares.

En otro aspecto, la presente invencion proporciona un almidon resistente con propiedades de union al agua mejoradas obtenidas tratando un almidon con un alto contenido de amilosa a una temperatura por encima de la temperatura de gelatinizacion del almidon y a una presion superior a 400 bares durante un tiempo suficiente para producir propiedades de union al agua mejoradas manteniendo la resistencia. Este almidon tratado puede utilizarse como un ingrediente en el estado humedo o puede secarse mediante cualquier metodo de secado convencional que incluya secado por pulverizacion para formar un polvo. En ambas formas, el almidon tratado es util como ingrediente alimenticio con valor nutricional como sustituto de grasa en una variedad de alimentos.

Descripcion detallada de la invencion

Dibujos

Figura 1: Viscosidad a 50 °C de suspensiones de almidon resistentes crudas, calentadas o calentadas y microfluidizadas al 10 %;

Figura 2: Viscosidad a 98 °C de suspensiones de almidon resistentes crudas, calentadas o calentadas y microfluidizadas al 10 %;

Figura 3: Viscosidad a 50 °C de suspensiones de almidon resistentes crudas, calentadas o calentadas y microfluidizadas al 10 % (despues del ciclo de temperatura - enfriamiento a 50 °C, calentado a 98 °C y luego enfriado a 50 °C);

Figura 4: Reduccion de la longitud de cadena de Hi Maize 1043 por microfluidizacion;

Figura 5: Reduccion de la longitud de cadena de Hylon VII por microfluidizacion;

Figura 6: Reduccion de longitud de cadena de Novelose 260 por microfluidizacion;

Figura 7: Reduccion de la longitud de cadena del almidon de patata mediante microfluidizacion;

Figura 8: Reduccion de la longitud de cadena de Novelose 330 por microfluidizacion;

Figura 9: Reduccion de la longitud de la cadena de Hylon VII por diversos metodos de procesamiento;

Figura 10: Reduccion de la longitud de cadena del almidon de trigo por microfluidizacion.

Figura 11: Espectros de RMN de 13C CPMAS (polarizacion cruzada con giro de angulo magico).

TRATAMIENTOS DE PROCESAMIENTO PARA LA MODIFICACION DE LAS PROPIEDADES DE ALMIDON

Aplicacion de la microfluidizacion

En un ensayo preliminar de microfluidizacion en el que se demostro que el tratamiento termico de las suspensiones de almidon a 90 °C durante 30-60 minutos antes de la microfluidizacion causaba pocos cambios en la viscosidad en todos los almidones resistentes usados excepto en el almidon de patata, los almidones se calentaron a temperaturas mas altas (121 °C durante 60 minutos) en experimentos posteriores previos a la microfluidizacion. Esto era para asegurar que habfa gelatinizacion del almidon antes de la microfluidizacion.

A menos que se indique lo contrario, se preparo una suspension al 20 % (peso de ingrediente/peso total) de cada almidon con agua desionizada a 70 °C, se envaso en latas de 73 x 82 mm y se proceso termicamente a 121 °C durante 60 minutos para asegurar que se produda la gelatinizacion completa. El almidon de patata se preparo hasta una suspension al 10 % (peso de ingrediente/peso total) antes del procesamiento termico. Esto se debio a que la temperatura de inicio de la gelatinizacion del almidon de patata se produda a 62,64 °C y los productos comienzan a espesar cuando se anade agua a 70 °C. El trigo, el mafz y el almidon de mafz ceroso tambien se espesaron de forma similar al almidon de patata y se prepararon hasta un 10 % (peso de ingrediente/peso total).

Las muestras se calentaron a 60 °C y se diluyeron hasta 10 % (con la excepcion de los almidones de patata, trigo, semola y mafz que ya eran un 10 % en peso de ingrediente/peso total) antes de la microfluidizacion a 400 u 800 bares utilizando el microfluidificador a escala piloto M210-EH-B (MFIC, Newton MA, EE. UU.) con una combinacion del modulo de procesamiento auxiliar Q50Z de 425 pm y camara de interaccion E230Z de 200 pm (para dispersion y disrupcion celular). Se utilizaron 1 o 3 pases a traves del microfluidificador.

Aplicacion de ultrasonidos o procesamiento estatico de alta presion

Se preparo Hylon VII con un contenido de hasta un 20 % de solidos (peso de ingrediente de almidon/peso total de la suspension) por dispersion directa en agua a 70 °C y se proceso en latas de 73 x 82 mm a 121 °C durante 60 minutos. A continuacion, las muestras se completan con hasta un 10 % de solidos a 60 °C y se procesan como sigue:

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Tratamiento con ultrasonidos a 50 ml/min a 380 vatios utilizando el procesador ultrasonico de laboratorio - Hielscher UP400S (Innovative Ultrasonics, Australia).

Procesado de alta presion a 6.000 bares durante 15 minutos utilizando la unidad de procesamiento de alta presion - QFP 35L (Avure, EE.UU.).

CARACTERIZACION DE LAS PROPIEDADES DEL ALMIDON

Viscosidad

La viscosidad del almidon se midio usando un reometro Paar Physica MCR300 (Paar Scientific) equipado con una placa C-CC 27/T200 y un adaptador Bob B-CC 27/Q1. El instrumento se programo para funcionar a 100 rpm, calentar el producto a 98 °C en 10 minutos, mantener a 98 °C durante 30 minutos y enfriar hasta 50 °C en 10 minutos y mantener a esta temperatura durante 3 min. El cambio en la fuerza de cizallamiento que actua sobre la fijacion del adaptador se midio como una unidad de viscosidad (cP).

Para facilitar la comparacion entre los diversos almidones y los efectos del procesamiento, se utilizo la viscosidad a 50 y 98 °C como indicadores de cambios en las propiedades reologicas ya que proporcionan informacion sobre el comportamiento de los almidones a temperaturas bajas y de coccion. Las soluciones de almidon utilizadas fueron almidon lfquido crudo y suspensiones de almidon humedo pre-procesadas.

Analisis del tamano de partcula

Para determinar la distribucion del tamano de partfcula de las muestras reconstituidas de almidon Hylon VII, de trigo, de mafz y de almidon ceroso se utilizo el aparato Galai CIS-1 (Particle and Surface Sciences Pty Ltd), donde la medicion se basa en el tiempo de la teona de la transicion. Las muestras se dispersaron en agua y se transfirieron a una cubeta de muestra con un agitador magnetico en miniatura y luego se cargaron en el Galai CIS-1 para la medicion del tamano de partfcula.

Analisis del almidon resistente

El contenido de almidon resistente de almidon en polvo se midio usando el Megazyme Resistant Starch Assay Procedure (RSTAR 11/02, Metodo AOAC 2002.02; Metodo AACC 32-40). Se realizaron analisis duplicados en cada muestra. Las muestras se incuban en un bano de agua en agitacion con a-amilasa pancreatica y amiloglucosidasa (AMG) durante 16 horas a 37 °C, tiempo durante el cual el almidon no resistente se solubiliza e hidroliza en glucosa mediante la accion combinada de las dos enzimas. La reaccion se termina por la adicion de un volumen igual de etanol o de alcoholes metilados industriales (IMS, etanol desnaturalizado), y el almidon resistente se recupera en forma de pellet por centrifugacion. Este se lava dos veces por suspension en IMS acuoso o etanol (50 %, v/v), seguido por centrifugacion.

El lfquido libre se elimina por decantacion. El almidon resistente en el granulo se disuelve en KOH 2M mediante agitacion vigorosa en un bano de agua con hielo sobre un agitador magnetico. Esta solucion se neutraliza con tampon acetato y el almidon se hidroliza cuantitativamente a glucosa con AMG. La glucosa se mide con reactivo de glucosa oxidasa/peroxidasa (GOPOD), que da una medida del contenido de almidon resistente de la muestra. El almidon no resistente (almidon solubilizado) se puede determinar agrupando el sobrenadante original y los lavados, ajustando el volumen a 100 ml y midiendo el contenido de glucosa con GOPOD.

Transformada de Fourier infrarroja (FTIR)

En este estudio se utilizo la tecnica FTIR para caracterizar los cambios en los polvos de almidon. La informacion estructural identificada a partir de la FTIR se utilizo para estimar los grupos aldehfdos reactivo de los ingredientes de almidon. Los pesos moleculares de almidones preprocesados se estimaron a partir de las absorbancias de FTIR recogidas de las muestras microfluidizadas dispersadas en una matriz de KBr y para los almidones crudos se usaron lecturas de absorbancia de reflectancia difusa.

Los patrones de dextrano (Dextrano 10, 40, 150 y 500) eran de Pharmacia, Uppsala, Suecia. Se dispersaron 4 mg de patron o muestra en 315 mg de KBr y se trituraron en un mortero de agata con un mazo. Todos los polvos se secaron en un desecador sobre gel de sflice en vacfo durante la noche antes del analisis. El disco de KBr se preparo usando una presion de 8 toneladas cm2 durante 2 minutos. Se prepararon discos duplicados para cada muestra y patron.

Los espectros FTIR se registraron usando un espectrofotometro Nicolet modelo 360 (Madison, WI) equipado con un software OMNIC EPS. Se utilizo el soporte de muestra para los espectros de fondo sin KBr y se tomaron 32 exploraciones de cada muestra de 4000-500 cm-1 a una resolucion de 4 cm-1.

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Se obtuvieron espectros de haz unico de las muestras, y se corrigieron frente al espectro de fondo respecto al soporte de muestras, para presentar los espectros en unidades de absorbancia. Las mediciones de absorbancia de altura de pico corregida se obtuvieron mediante el metodo tangente disponible para el software OMNIC EPS.

El espectro infrarrojo de los almidones se investigo en dos regiones principales. El hidrogeno solitario unido directamente al grupo aldehndo-carbonilo estaba a 2929 cm-1 y la absorcion de aldehfdo carbonilo estaba a 1647 cm" 1. Se preve que las absorbancias de altura de pico de las vibraciones de estiramiento C-H y C=O aumentan con el peso molecular decreciente de los almidones. Las absorbancias de altura de pico corregidas se representaron frente al peso molecular de los patrones de dextrano.

Ejemplo 1: Caractensticas de los almidones resistentes microfluidificados Viscosidad

Las Figuras 1 y 2 ilustran el efecto de la microfluidizacion sobre la viscosidad de las propiedades del almidon humedo.

Como era de esperar, las viscosidades de todos los almidones resistentes crudos eran bajas (1,3-2,3 cP). El tratamiento termico (121 °C/60 min) aumento la viscosidad de las suspensiones de almidon segun se esperaba ya que a medida que se eleva la temperatura, hay hinchamiento y gelatinizacion de los granulos de almidon con un aumento concomitante de la viscosidad. El uso combinado de tratamiento termico y microfluidizacion altero notablemente la viscosidad de todas las suspensiones de almidon resistentes procesadas.

Suspension de almidon procesado

Las viscosidades de estas suspensiones se dan en las Figuras 1 y 2. En este caso, los almidones resistentes se ensayaron despues de haber sido pre-procesados (es decir, calentados a 121 °C/microfluidificados) y todavfa estan en estado lfquido (10 % en peso de ingrediente/peso de suspension total).

Viscosidad a 50 °C despues del proceso de tratamiento

La viscosidad a 50 °C de todos los almidones resistentes pre-procesados se incremento tras el calentamiento en comparacion con la del almidon crudo inicial (Figura 1). De todos los almidones examinados, el almidon de patata era el que tema la viscosidad mas alta por calentamiento (511 cPs) mientras que la viscosidad de los otros almidones resistentes oscilaba entre 4 y 72 cPs. La viscosidad a 50 °C del almidon calentado y microfluidificado dependfa del tipo de almidon, el numero de pases y la presion. Se observo que la viscosidad del almidon calentado microfluidificado a 800 bares con 1 pase era generalmente similar o menor que la de los almidones calentados correspondientes microfluidificados a 400 bares con 3 pases. Desde un punto de vista practico, la microfluidizacion a 800 bares con 1 paso se prefiere a la microfluidizacion a 400 bares con 3 pases si se desea una viscosidad similar. La aplicacion de microfluidizacion a los almidones resistentes calentados (Hylon VII, Hi-Maize, Novelose 260, Novelose 330) aumento la viscosidad a 50 °C (Inicio) y la viscosidad aumento a medida que aumentaba la presion de microfluidizacion. La viscosidad de los almidones microfluidificados calentados estaba entre 88-717 cPs para Hylon VII, 14-226 cPs para Hi-Maize, 73-1160 cPs para Novelose 260 y 19-561 cPs para Novelose 330). El aumento de la viscosidad obtenido en la microfluidizacion del almidon calentado oscilo entre 10 y 1088 cPs. Estos aumentos en la viscosidad representan cambios significativos en las propiedades del almidon. El efecto de la microfluidizacion sobre la viscosidad del almidon de patata fue complejo.

Viscosidad a 98 °C (despues de enfriar a 50 °C tras el proceso de tratamiento y calentamiento posterior a 98 °C)

A 98 °C, la viscosidad de los almidones crudos y procesados oscilo entre 12 - 49 cP para Hylon VII, 2-12 cPs para Hi Maize 1043, 40 - 274 cPs para el almidon de patata 2-85 para Novelose 260 y 5-85 para Novelose 330 (Figura 2). Los resultados mostraron que Novelose 260 y Hi-Maize 1043 eran termoestables y resistentes a la cizalladura a por lo menos 98 °C y 100 rpm en el reometro, mientras que otros almidones no lo eran.

Se observo una tendencia a la disminucion de la viscosidad a 98 °C (Figura 2) obtenida por microfluidizacion del almidon de patata en comparacion con la del almidon crudo o calentado. Para todos los almidones RS2 (es decir, Hylon VII, Hi-Maize 1043 y Novelose 260) se observo una tendencia a la disminucion de la viscosidad a 98 °C para el almidon microfluidificado (400 bares/3 pases en comparacion con 400 bar/1 paso). Sin embargo, la tendencia a disminuir la viscosidad a 98 °C (Figura 2) para Novelose 260 o Hylon VII calentado microfluidificado fue opuesta a la observada para la viscosidad a 50 °C (Figura 1) donde la microfluidizacion causo un aumento de la viscosidad.

Viscosidad a 50 °C (despues del proceso de tratamiento y ciclo de temperatura - enfriamiento a 50 °C, calentamiento a 98 °C y enfriamiento a 50 °C)

Al enfriar las suspensiones de almidon de 98 °C a 50 °C, se produjo el aumento esperado de la viscosidad a 50 °C (Final) debido a la disminucion de la temperatura de medicion. Se observo que habfa diferencias significativas en la

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viscosidad a 50 °C al enfriar directamente despues del proceso de tratamiento del almidon (Figura 1) y la viscosidad a 50 °C (Figura 3 - despues del ciclo de temperature) debido a la retencion de 30 minutos de la suspension de almidon a 98 °C durante la medicion de la viscosidad (comparer las figuras 1 y 3).

Los resultados presentados indicaron que la combinacion de tratamiento termico y microfluidizacion altero eficazmente la viscosidad de almidones resistentes tanto a 50 °C como a 98 °C. Un hallazgo de interes practico fue que la microfluidizacion aumenta significativamente la viscosidad a 50 °C de los almidones resistentes examinados (esperado para el almidon de patata). El uso de la microfluidizacion permite la modificacion de la viscosidad del almidon mediante un tratamiento ffsico. Este aumento en la viscosidad es beneficioso si se utiliza el ingrediente de almidon para impartir textura a los productos alimenticios. Una ventaja adicional es que los almidones se pueden procesar facilmente a temperaturas de coccion. Estos cambios se pueden utilizar para disenar almidones para diferentes aplicaciones en la industria alimentaria tales como espesamiento a baja temperatura y efectos de dilucion a alta temperatura. Se observaba un rendimiento mejorado de los almidones resistentes calentados y microfluidificados aunque el almidon procesado presentase un contenido de almidon resistente significativo despues del proceso de tratamiento.

El desarrollo de la viscosidad en el estado lfquido despues del proceso de tratamiento del almidon puede perderse parcialmente en el secado si no hay control suficiente del proceso de secado. Sin embargo, un experto en la tecnica de secado de almidon sera capaz de limitar la perdida de funcionalidad del almidon para producir un polvo de almidon tratado seco.

Contenido de almidon resistente de almidones microfluidificados

El contenido de almidon resistente de los almidones resistentes secados por pulverizacion se muestra en la Tabla 1. Los resultados muestran que los almidones tratados (Hi-Maize 1043, Hylon VII, Novelose 260 y Novelose 330) mantuvieron una cantidad significativa de almidon resistente. La mayona de estos almidones eran almidones con alto contenido de amilosa. La excepcion fue el almidon de patata (un almidon fosforilado que contiene solo el 20 %) de amilosa), que perdio la mayor parte de su resistencia.

Tabla 1. Contenido de almidon resistente (AR) en el almidon procesado resistente despues del secado por

pulverizacion

Nombre del almidon

Tratamiento

Hi-Maize 1043

Hylon VII

Novelose 260

Novelose 330

Crudo (sin tratamiento) Calentado Calentado MF 400-1 Calentado MF 400-3 Calentado MF 800-1 Calentado MF 800-3 Crudo Calentado Calentado MF 400-1 Calentado MF 400-3 Calentado MF 800-1 Calentado MF 800-3 Crudo (sin tratamiento) Calentado Calentado MF 400-1 Calentado MF 400-3 Calentado MF 800-1 Calentado MF 800-3 Crudo (sin tratamiento) Calentado Calentado MF 400-1

AR

54.1

37.4

37.8

34.2

34.6

33.1

57.7

32.9

32.5

31.1

30.0

30.5

46.1

34.2

33.2

33.3

30.4

28.5

48.3

45.3

48.9

No AR

Almidon

total

(% p/p seco)

42.5

60.9

56.9

58.4 62,8

65.8

38.7

63.9 61,2

68.6

68.4

68.9 52,2

64.7 66,0

65.9 68,1

65.4 48,0

49.7

43.9

96.7

98.3

94.7

92.7 97,5

99.0

96.4

96.8

93.8

99.7

98.4

99.3

98.3

98.9

99.2

99.2

98.5

93.8

96.3

95.0

92.8

Nombre del almidon

Tratamiento* AR No AR Almidon total

(% p/p seco)

Calentado MF 400-3 46,8 45,4 92,2

Calentado MF 800-1 45,9 45,1 91,0

Calentado MF 800-3 46,3 49,9 96,1

Patata

Crudo (sin tratamiento) 78,7 12,9 91,7

Calentado 3,9 89,8 93,7

Calentado MF 400-1 4,6 87,1 91,7

Calentado MF 400-3 5,4 90,8 96,2

Calentado MF 800-1 7,0 89,5 96,4

Calentado MF 800-3 4,6 87,1 91,6

* Nota: MF 400-1 - Microfluidificado a 400 bares y 1 pase. El primer numero es la presion de microfluidizacion y el segundo numero es el numero de pases: Secado por pulverizacion a 185 °C de entrada / 80 °C de salida

El contenido de almidon resistente (% en base seca) del almidon calentado en humedo o calentado y microfluidificado fue similar despues de la conversion del almidon tratado en humedo para obtener el polvo mediante secado por pulverizacion (Tabla 2).

5

Tabla 2. Comparacion del contenido de almidon resistente en el almidon humedo y en el almidon secado por

pulverizacion

Tratamiento

Muestra seca) humeda (% p/p en base Polvo* (% p/p en base seca)

Almidon crudo (sin tratamiento)

58

Solo calentado

33 33

Calentado MF 800-1

29 30

Calentado MF 800-3

28 29

* Secado por pulverizacion a 185 °C de entrada /80 °C de salida

10 Tamano de partcula de almidones resistentes microfluidificados

El tamano de partfcula de los almidones calentados y microfluidificados se muestra en la Tabla 3. El tratamiento provoco una reduccion en el tamano de partfcula del almidon.

15 Tabla 3. Distribucion del tamano de partfcula de Hylon VII pretratado secado por pulverizacion

Tratamiento del almidon

Diametro de la partfcula (Numero)

Modo (pm)

Media (pm)

Almidon crudo (sin tratamiento)

6,8 7,9

Calentado MF 400-1

<0,75 4,4

Calentado MF 400-3

<0,75 4,9

Calentado MF 800-1

<0,75 1,4

Calentado MF 800-3

<0,75 3,6

Secado por pulverizacion a una 185 °C de entrada / 80 °C de salida

Peso molecular de almidones resistentes microfluidificados

20 El peso molecular medio de los almidones resistentes secados por pulverizacion se reduce mediante el tratamiento, lo que sugiere que hubo escision de enlaces como resultado del procedimiento aplicado (Figuras 4-8).

Ejemplo 2: Caractensticas de los almidones resistentes tratados por procesamiento de alta presion o ultrasonidos

25 Las caractensticas seleccionadas de los almidones procesados se dan en la Tabla 4.

5

10

15

20

25

30

35

Tabla 4: Caractensticas de los almidones resistentes secados por pulverizacion tratados mediante procesamiento de alta presion o ultrasonidos

Caractenstica

Almidon crudo (sin tratamiento) Almidon ultrasonificado Almidon procesado a alta presion

Contenido de almidon

58 35 35

resistente (% p / p en seco) Tamano de partfcula (pm)

6,8 (Modo) <0,75 (Modo) <0,75 (Modo)

7,9 (Media) 1,3 (Media) 2,9 (Media)

* Secado por pulverizacion a una 185 °C de entrada / 80

°C de salida

Aproximadamente el 60 % de la resistencia original se mantiene despues del procesado. Los datos del tamano de partfcula muestran que hay una reduccion en el tamano de los almidones tratados. El peso molecular medio del almidon tambien se reduce (Figura 9).

Ejemplo 3: Caractensticas de almidones de cereal no resistidos microfluidificados

El tratamiento de los almidones no resistentes modifico las propiedades de los almidones no resistentes (Tabla 5, Figura 10).

Tabla 5: Caractensticas de los almidones de cereal no resistentes microfluidificados y secados por pulverizacion

Almidon

Tratamiento Contenido de almidon resistente (g/100 g en seco) Tamano de partfcula (Modo) (rpm) Tamano de partfcula (Media) (rpm)

Ninguno 0,9 11,0 8,6

Almidon de mafz

Calentado MF 800-1 6,3 <0,75 1,0

Ninguno 0,4 12,1 7,9

Mafz ceroso

Calentado MF 800-1 0,5 <0,75 1,5

Ninguno 0,3 3,8 5,6

Almidon de trigo

Calentado MF 800-1 9,6 <0,75 1,0

* Secado por pulverizacion a una 185

°C de entrada / 80 °C de salida

El contenido de almidon resistente se incrementa despues del tratamiento y esto fue acompanado por una disminucion en el tamano de partfcula de las partfculas. La Figura 10 indica que el tratamiento provoco una escision de los enlaces dentro de la molecula de almidon de trigo.

RENDIMIENTO DEL INGREDIENTE DE ALMIDON MODIFICADO EN LOS PRODUCTOS

Para demostrar el rendimiento mejorado del ingrediente de almidon resistente modificado, se formularon varios ejemplos de producto con el nuevo ingrediente en estado humedo.

Ejemplo 4: Rendimiento del ingrediente de almidon resistente microfluidificado en yogur

El almidon resistente microfluidificado permite la adicion de almidon resistente al yogur. Se uso Hylon VII crudo y tratado (calentado y microfluidizada 800 bar/1 pase).

La leche desnatada en polvo se reconstituyo hasta obtener los solidos totales requeridos (9 -12 % p/p), se calento a 85 °C durante 30 minutos con agitacion constante a 400 rpm y luego se enfrio a 43 °C. Los almidones se anadieron antes de la adicion de cultivos o despues de la fermentacion. Se anadieron cultivos (mezcla de Streptococcus thermophilis ST2 y Lactobacillus bulgaricus LB1 en la relacion 3:2) y la mezcla de leche de yogur se fermento a 43 °C hasta alcanzar un pH de 4,6. Los yogures se enfriaron hasta 4 °C, se agitaron a 300 rpm y luego se almacenaron a 4 °C. Para los yogures donde se requena la adicion de almidon despues de la fermentacion (DF), se anadio almidon antes de la agitacion.

5

10

15

20

25

30

Las propiedades de los yogures con un contenido constante de solidos totales se dan en la Tabla 6. Los resultados demuestran que la adicion de almidon microfluidificado mejoro las propiedades del yogur. La alta viscosidad y resistencia mejorada a la sineresis son propiedades deseables en el yogur. El contenido de almidon resistente del almidon tambien contribuye a las propiedades nutricionales. Los yogures hechos con el ingrediente de almidon microfluidificado teman una textura suave. Este ejemplo demuestra el uso del ingrediente tratado para mejorar la union al agua y la textura estructural en el yogur.

Tabla 6. Efectos de la adicion de Hylon VII crudo y microfluidificado sobre las propiedades del yogur

Yogur (sin almidon) Yogur con Hylon VII crudo Yogur con Hylon VII microfluidificado

Etapa de adicion

No aplicable Antes de la Despues de la Antes de la Despues de la

de almidon

fermentacion fermentacion fermentacion fermentacion

Formulacion

Leche desnatada, solidos

12 9 9 9 9

Almidon

3 3 3 3

Solidos totales

12 12 12 12 12

Propiedades

pH

4,2 4,3 4,2 4,3 3,9

Viscosidad (P)*

5,8 4,8 4,4 8,7 9,2

Sineresis**

14,4 14,8 14,3 9,1 13,7

(ml/50g)

* - Viscosidad a una velocidad de cizallamiento de 46 s-1; ** Suero drenado de yogur sobre un tamiz despues de 4 horas a 4 °C

Ejemplo 5: Postre de gel de almidon que contiene almidon resistente microfluidificado

El ejemplo de uso del almidon calentado y microfluidificado (800 bares/3 pases) en un postre de gel indica la capacidad del ingrediente de almidon modificado para actuarcomo un agente gelificante

Se mezclo una formulacion que contema Hylon VII calentado y microfluidificado (10 % de solidos) y azucar al 10 % p/p) a 60 °C y se lleno en un molde y se almaceno a 4 °C durante 24 horas. Se forma un postre firme. Este ejemplo demuestra que el almidon resistente calentado y microfluidificado puede usarse como ingrediente para un simple postre de gel, proporcionando un gel firme que es estable a temperatura ambiente.

Ejemplo 6: Helado con almidon resistente microfluidificado

La sustitucion de grasas en el helado se considera como una aplicacion potencial en la que se puede anadir almidon resistente para crear un helado sin grasa sin perjuicio de las propiedades ffsicas del producto. En este ejemplo, se usa un producto de helado en el que se usa Hylon VII crudo o un almidon resistente tratado (calentado y microfluidificado a 800 bares/3 pases) para reemplazar la grasa de la leche, el emulsionante y el estabilizante.

Las formulaciones de mezcla de helado utilizadas se enumeran en la Tabla 7. Las mezclas se pasteurizaron, se envejecieron a 4 °C durante la noche y luego se baten en una heladora (Sunbeam). Los helados se endurecieron a - 20 °C durante 7 dfas.

Tabla 7. Formulaciones de helado con o sin almidon tratado

Formulacion sin almidon

Formulacion con almidon

Ingredientes

% p/p Ingredientes % p/p

Leche desnatada en polvo*

11,0 Leche desnatada en polvo* 11,0

Sacarosa

14,0 Sacarosa 14,0

Crema (35 % de grasa)

11,0 Almidon** 4,2

Goma de guar

0,1

CMC

0,1

GMS (40 %)

0,2

Agua

63,6 Agua 70,8

% ST en la mezcla

36,4 % ST en la mezcla 29,2

* El ingrediente en polvo de leche desnatada tiene un 4 % de humedad; ** El ingrediente de almidon

microfluidificado tiene 10,5 % de solidos totales; CMC - carboximetilcelulosa, GMS - glicerol monestearato

5 Las propiedades ffsicas del helado se dan en la Tabla 8.

Tabla 8. Resumen de los resultados de funcionalidad ffsica del helado

Descripcion del helado

Viscosidad (Poise) Desbordamiento (%) Firmeza (N) Ensayo de fusion (%)

Sin Almidon

1,3 29,4% 41 56,8%

Con Raw Hylon VII

2,4 80,2% 102 29,5%

Con Hylon VII Tratado

7,1 64,9% 93 1,0%

10 El almidon resistente tratado (calentado y microfluidificado) se puede utilizar con exito como sustituto de la grasa para el producto de helado sin ningun efecto perjudicial sobre la textura a la vez que aumenta el rebasamiento y viscosidad de la mezcla, firmeza y la desaceleracion de la fusion a temperatura ambiente.

Ejemplo 7: Margarina con bajo contenido de grasa que contiene un ingrediente de almidon microfluidificado 15

Se preparo una margarina con 40 % de grasa tratada con Hylon VII (calentado y microfluidificado 800 bares/3 pases). El almidon tratado era el unico componente “acuoso” de la dispersion. El ensayo se llevo a cabo en una planta piloto a escala de produccion de margarina Gerstenberg y Agger (con un inversor de fase).

20 Se preparo una mezcla de 18,33 kg de emulsion de acuerdo con la formulacion detallada en la Tabla 9.

Tabla 9: Formulacion de margarina con un bajo contenido de grasa

Ingrediente

Peso (kg) Porcentaje de adicion (% p / p)

Aceite de algodon hidrogenado (punto de fusion 44 °C)

2,57 14

Aceite de canola

4,78 26

Dimodan OT (monoglicerido destilado)

0,02 0,2

PGPR ()

0,02 0,2

Sal

0,183 1

Almidon / agua

10,77 58,6

Total

18,33 100

25 Dado que el producto se produjo solo con fines de viabilidad, no se utilizo color o sabor en la formulacion. Se anadieron primero al mezclador todos los ingredientes solubles en aceite y posteriormente se anadio la mezcla de almidon tratado (en forma de una suspension total de solidos del 10 %) y sal lentamente bajo agitacion intensa.

Cuando se preparo la emulsion (con solo 40 % de grasa), se produjo una emulsion continua de aceite estable que se proceso facilmente en la planta piloto. El producto se envaso bien, con una contrapresion normal en la planta. El examen microscopico del producto final mostro que tema caractensticas de emulsion similares a las de una margarina convencional, estando la mayona de las gotitas acuosas en el intervalo de 3 a 5 micrometros y con 5 algunas gotas de hasta 10 micrometros.

La extensibilidad del producto final fue bastante buena y se comparo muy favorablemente con una extension convencional. No hubo evidencia de separacion de agua de la emulsion como consecuencia de las fuerzas de cizallamiento producidas durante las acciones de extension repetidas. El producto tema un sabor inherente, 10 posiblemente asociado con el almidon.

Ejemplo 8: Encapsulacion de agentes bioactivos solubles en agua

El agente bioactivo elegido fue protema de suero hidrolizada. Se preparo una formulacion humeda que contema 15 (12,2 % de solidos totales, 2,44 % de protema de suero hidrolizada y 9,76 % de Hylon VII calentado y

microfluidificado) y se seco en un secador por pulverizacion Drytec a escala de laboratorio (temperatura de entrada 180 °C). Los espectros de RMN de 13C CPMAS (polarizacion cruzada con giro de angulo magico) demuestran la presencia de la protema de suero hidrolizada en la muestra en polvo (Figura 11).

20 De lo anterior se puede ver que esta invencion proporciona un ingrediente unico que tiene beneficios nutricionales y los faciles atributos de procesamiento de los ingredientes convencionales de sustitucion de grasa. Los expertos en la materia comprenderan que esta invencion puede implementarse de varias maneras diferentes dependiendo de la materia prima de almidon y de las propiedades funcionales deseadas.

Claims (4)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un metodo para mejorar las propiedades de union al agua, manteniendo al mismo tiempo la resistencia de un almidon con alto contenido de amilosa que incluye las etapas de tratar el almidon con alto contenido de amilosa a

   5

   a) una temperatura superior a su temperatura de gelatinizacion; y

   b) una presion superior a 400 bares,

   en el que el tiempo necesario para llevar a cabo el tratamiento es de 30 a 90 minutos; y la presion se aplica por 10 microfluidizacion.
2. 2. Un metodo segun la reivindicacion 1, en el cual el tratamiento se lleva a cabo a una temperatura entre la temperatura de gelatinizacion del almidon y 160 °C usando mas de un pase a traves de una camara de microfluidizacion.

   15
3. 3. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el cual el almidon tratado con un alto contenido de amilosa se seca posteriormente.
4. 4. Un metodo segun la reivindicacion 1, en el que el almidon tratado con un alto contenido de amilosa es un almidon 20 humedo, resistente, con un alto contenido de amilosa, de calidad alimentaria, con una viscosidad a 50 °C superior a

   10 cPs y un contenido de almidon resistente superior al 30 % en peso sobre una base seca.