MX2012003871A - Metodos de preparacion de almidon resistente en una unica etapa de extrusion. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que comprende mediante una sola etapa de extrusión reactiva introducir ligaciones cruzadas al almidón nativo sin modificar para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa. El objetivo de la presente invención es proporcionar una nueva técnica para un proceso único de preparación de almidón resistente (AR) o de composiciones, por ejemplo botanas, que comprenden AR que puede ser adicionado a diversos sistemas alimenticios en forma de harina, el cual ofrece las ventajas de un proceso económico que permite preparar AR conteniendo productos de calidad y cantidad mejoradas.

Description

Métodos de preparación de almidón resistente en una única etapa de extrusión Campo de la invención.

La presente invención se refiere a procesos para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que comprende mediante una sola etapa de extrusión reactiva introducir ligaciones cruzadas al almidón nativo (sin modificar) para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa.

El objetivo de la presente invención es proporcionar nuevos métodos para la preparación de almidón resistente (AR) tipo IV o de composiciones (botanas) que comprenden AR tipo IV que puede ser directamente producido por extrusión en forma de botanas o adicionado a diversos sistemas alimenticios en forma de harina, el cual ofrece las ventajas de un proceso económico que permite preparar AR tipo IV conteniendo productos de calidad nutricional y cantidad mejoradas.

Antecedentes de la invención El almidón es un polisacárido de reserva alimenticia predominante en las plantas, constituido por amilosa y amilopectina. Proporciona el 70-80% de las calorías consumidas por el ser humano. Tanto el almidón como los productos de hidrólisis del almidón constituyen la mayor parte de los carbohidratos digeribles de la dieta habitual. Del mismo modo, la cantidad de almidón utilizado en la preparación de productos alimenticios, sin contar el que se encuentra presente en las harinas usadas para diversos usos alimenticios los cuales usan harinas. Los almidones comerciales se obtienen de las semillas de cereales, particularmente de maíz (Zea mays), trigo (Triticum spp.), varios tipos de arroz {Oryza sativa), y de algunas raíces y tubérculos, particularmente de papa (Solanum tuberosum), batata (Ipomoea batatas) y yuca (Manihot esculenta). Los almidones modificados tienen un número enorme de posibles aplicaciones en los alimentos, que incluyen entre otros, como adhesivo, ligante, estabilizante, formador de películas, estabilizante de emulsiones, agente reforzador de pan, gelificante, glaseante, humectante, texturizante y espesante.

El almidón nativo se diferencia de todos los demás carbohidratos en que, en la naturaleza se presenta como complejas partículas discretas (granulos). Los gránulos de almidón son relativamente densos, insolubles y se hidratan poco en agua fría.

El proceso descrito en la patente US7276126 denominado producción de almidón resistente a la enzima alfa-amilasa por extrusión, describe un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que comprende un almidón extrudido a una temperatura en un rango de aproximadamente 60 a 220°C. El almidón alimentado puede estar bajo la forma de mezcla o suspensión acuosa con una concentración seca de sólidos de por lo menos cerca de 50% por peso. El proceso puede incluir opcionalmente el paso adicional de calentar el almidón del producto a una temperatura por lo menos alrededor de 90°C en presencia de humedad para aumentar la resistencia del producto a la enzima alfa-amilasa. Este almidón procesado contiene un alcohol con 1 a 6 átomos de carbono, o sales. El pH puede variar de cerca de 3.5 a cerca de 8.5 produciendo un producto de almidón resistente a la enzima alfa-amilasa.

La patente americana US7189288 describe un proceso para preparar almidón resistente que consiste en: (a) preparar una suspensión de una mezcla de un almidón de papa que tiene un contenido de amilosa de aproximadamente <10% y agua; donde dicho almidón de papa está presente en una concentración en un rango aproximado de 5 a 50%; (b) calentar y después enfriar dicha suspensión para gelatinizarla; (c) ajusfar el pH de dicha suspensión gelatinizada a aproximadamente de 3 a 7.5 y el contenido de sólidos a aproximadamente 5 a 50%; (d) tratar dicho almidón de papa con una enzima desramificante para formar un almidón enzimáticamente desramificado (e) calentar dicha suspensión modificada a un máximo de 150°C; y (f) gradualmente enfriar dicha suspensión calentada a una velocidad de 0.1 a 10 K/min para obtener el almidón resistente.

La patente EP0564893 describe un proceso para preparar un producto con AR, gelatinizando una suspensión acuosa de 15% de un almidón que contiene por lo menos 40% de amilosa, tratándolo con una enzima desramificante y después retrogradando el producto intermedio resultante. El producto resulta en por lo menos 15% de AR. Si en este proceso, es usado un almidón que contiene 100% de amilosa, el producto puede llegar a contener cerca de 50% de AR.

La patente EP0688872 describe un proceso para preparar un producto que contiene de 25 a 50% de AR de una suspensión acuosa de aproximadamente 20% de un "llamado parcialmente degradado, almidón gelatinizado" y una maltodextrina, la cual está enzimáticamente desramificada y después retrogradada. En este proceso, la materia prima usada es un almidón que contiene un contenido de amilosa de al menos 40%. Así mismo, se refiere a almidón "parcialmente degradado" que ha sido reducido en su peso molecular por el tratamiento físico o químico conveniente, el acortamiento en la longitud de cadena que afecta la amilosa y también la amilopectina. La degradación incluye ambos procesos de hidrólisis (ácido o enzima-catalizada) y extrusión, oxidación o pirólisis. En dicha solicitud se utilizan enzimas desramificantes (pululanasas e isoamilasas). Después del tratamiento enzimático, la retrogradación se realiza en un rango de temperaturas de 0 a 30°C y un periodo de tiempo de 1 a 3 días, permitiendo que el producto acuoso de la reacción se estabilice. El producto del proceso es secado por aspersión. El producto en polvo tiene un contenido de AR de hasta 60% (p/p).

La solicitud de patente EP0846704 describe un almidón retrogradado que consiste de más de 55% de AR, fácilmente fermentable, más del 50% es compuesto de cadenas que tienen un grado de polimerización de 10 a 35 y tiene una temperatura de fusión (DSC) menor a 1 15°C. Se reporta que el grado de retrogradación del almidón aumenta con el contenido de amilosa en el almidón, mientras que un alto contenido de amilopectina en el almidón contrarresta la formación de AR.

Estos documentos y los demás existentes en la técnica del arte previo no divulgan la materia sujeta de la presente invención, sobre todo por el hecho de que los métodos descritos no son un método para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que comprende mediante una sola etapa de extrusión reactiva introducir ligaciones cruzadas al almidón nativo (sin modificar).

Breve descripción de la invención.

La presente invención proporciona un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que comprende mediante una sola etapa de extrusión reactiva introducir ligaciones cruzadas al almidón nativo (sin modificar) para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa.

El proceso comprende la extrusión de un almidón nativo acondicionado con agentes modificadores que introducen ligaciones cruzadas en el almidón nativo (sin modificar) y que son inocuos al organismo humano, para llevar a cabo la modificación en una sola etapa de extrusión a un rango de temperaturas que abarca de 50 a 350°C, produciendo un producto de almidón que es resistente a la hidrólisis por la enzima alfa amilasa. El almidón procesado es un almidón nativo (sin modificar) con 23 a 27% de amilosa y 73 a 77% de amilopectina, o un almidón alto en contenido de amilopectina o alto en contenido de amilosa, por ejemplo un almidón con al menos 50% en peso de amilosa o en algunos casos por lo menos cerca de 65% de amilosa por peso. O por ejemplo un almidón alto en amilopectina con al menos 90% de amilopectina.

En la presente invención pueden ser usados almidones de cereales, raíces, tubérculos, leguminosas u oleaginosas o cualquier fuente de almidón vegetal como por ejemplo de maíz, papa, yuca, arroz, trigo, sorgo, cebada, centeno, triticale, amaranto o una combinación de dos o más de estos almidones en cualquiera de sus proporciones. El almidón procesado es un almidón con su contenido de humedad inherente, es decir menor o igual a 12% o mayor hasta un 55% y el agua o una composición acuosa que se agrega antes o durante el proceso de extrusión para formar una mezcla o una suspensión, además posee una concentración seca de sólidos de por lo menos 40% por peso, o en algunos casos, por lo menos cerca de 60% o el 90% por peso.

En la presente invención los almidones modificados que se obtienen son producidos usando extrusores de tornillo simple o de doble tornillo en una suspensión de almidón y agentes de modificación en un rango de temperaturas de 50 a 350°C y con contenidos de humedad de 8 a 40% donde la suspensión de almidón y reactivos son procesadas en el extrusor para introducir las ligaciones cruzadas, con una concentración de sólidos en seco de al menos aproximadamente 40% por peso, produciendo un producto de almidón resistente a la enzima alfa-amilasa. Este almidón producido mediante el método de la presente invención puede ser obtenido en forma expandida o pellets. El producto extrudido expandido puede ser usado directamente en forma de botana directamente expandida con la adición o no de aditivos, colorantes o saborizantes. También mediante este desarrollo se pueden obtener pellets para botanas de tercera generación, también llamados productos intermedios, que una vez extrudidos pueden ser expandidos por freído en aceite caliente, calentamiento con el uso de microondas o mediante aire o fluidos calientes. Otra alternativa es que el producto extrudido puede ser molido y en forma de harina adicionado a diversos sistemas alimenticios.

Descripción detallada de la invención.

Existe una plena concientización por parte de la humanidad de consumir productos con bajo contenido de carbohidratos, sal y grasas, así como más ricos en fibra y proteínas. Por lo que la adición de almidón resistente a diversos sistemas alimenticios ayudará a prevenir enfermedades cardiovasculares y obesidad, padecimientos que son la segunda causa de muerte a nivel mundial.

El almidón se presenta en pequeños agregados individuales, denominados gránulos que se depositan en las semillas y raíces de las plantas (cereales y plantas superiores) para servir como almacenamiento natural de energía para la germinación y el crecimiento de las mismas. Los gránulos de almidón, extraídos y secos, tienen la apariencia de un polvo blanco, son insolubles en agua fría y en algunos compuestos orgánicos. La variación del tamaño en los gránulos de almidón es de 0.5 a 100 pm y su forma puede ser, regular (esférica, ovoide o angular) o irregular.

Químicamente en el almidón se pueden distinguir esencialmente dos polímeros de diferente estructura, amilosa y amilopectina, además de que en algunos almidones se ha identificado un tercer componente denominado material intermedio. En forma general, los gránulos de almidón presentan una composición química con 0.06 a 0.45% de proteína, 0.05 a 0.8% de lípidos y 0.08 a 0.5% de cenizas y el resto lo forma el almidón propiamente dicho. Estos constituyentes en ocasiones pueden jugar un papel importante en sus propiedades funcionales. Además de otras sustancias minerales a bajos niveles, los almidones contienen fósforo y nitrógeno.

La relación de amilosa a amilopectina es relativamente constante, con un 23±3% de amilasa, sin embargo se conocen algunos materiales mutantes que alteran fuertemente esta relación. Por otro lado, se tienen almidones cuya composición es prácticamente 100% de amilopectina, los cuales se denominan cerosos. También se conocen mutantes cuyos almidones presentan niveles de amilosa extraordinariamente altos. Algunas líneas tienen almidón con 50 o 70% de amilosa.

La proporción de estos dos polímeros y su organización física dentro de la estructura granular del almidón le confieren propiedades fisicoquímicas y funcionales características a los diferentes almidones, entre las que se incluyen por ejemplo la capacidad de modificar la textura y consistencia de los alimentos. Por lo tanto, la estructura del almidón necesita ser considerada a dos niveles distintos: a) a nivel molecular, que se refiere a la cantidad, estructura fina, tamaño y forma de las moléculas y b) a nivel de la estructura supramolecular del gránulo.

La amilosa es un polímero esencialmente lineal, formado por unidades de D-glucopiranosa unidas por enlaces (1?4), sin embargo, se ha demostrado la presencia de cierta cantidad de enlaces (1?6) (ramificaciones) en esta macromolécula. Por su contenido de amilosa, los almidones se pueden clasificar en diferentes grupos como lo son almidones cerosos que tienen muy poca cantidad de amilosa, alrededor de 1 a 2%, los normales que contienen entre 17 a 24% de amilosa y los altos en amilosa que contienen 50% o más de este polímero. Debido a su carácter esencialmente lineal, y a la presencia casi exclusiva de enlaces (1?4), las moléculas de amilosa son susceptibles de formar complejos con moléculas hidrofóbicas, como ácidos grasos o hidrocarburos. El interior de la hélice contiene átomos de hidrógeno y, debido a que son hidrofóbicos, permiten a la amilosa formar un tipo de complejo oxicaltrato con ácidos grasos libres, ácidos grasos que componen acilglicéridos, algunos alcoholes, hidrocarburos y yodo dependiendo de la fuente; la amilopectina es el principal componente en la mayoría de los almidones (70 a 80%), alcanzando en ciertos casos niveles de hasta un 98 a 99% en los almidones tipo ceroso o "waxy". Debido a esto, la amilopectina, es quizás el componente que tiene mayor importancia en términos de las propiedades del almidón. La amilopectina es una molécula predominante en la mayoría de los almidones normales, es un polímero ramificado que es considerablemente más grande que la amilosa. El peso molecular de la amilopectina varía entre 107 y 109 g/mol o 106 y 108 Daltones. La amilopectina está formada por cadenas de residuos a-D-glucopiranósidos (17 a 23 unidades) unidos principalmente por enlaces (1?4). También presenta entre un 5 a 6% de enlaces (1?6) en los puntos de ramificación. Esto podría parecer un pequeño porcentaje, aunque esto resulta en alrededor de 300,000 a 3,000,000 de ramificaciones en promedio por molécula, aunque la longitud de las ramificaciones no son grandes.

El almidón se consume en una gran diversidad de alimentos y sirve como importante fuente de energía para los seres humanos. El almidón es, probablemente, el ingrediente alimenticio más abundante. Son diversos los ingredientes funcionales producidos con almidón. Sin embargo, los almidones nativos (sin modificar) presentan un uso limitado en sistemas alimenticios debido a que son frágiles y pierden su estructura durante el procesamiento por efectos de pH extremos, cizalla o congelamiento-descongelamiento. Para aplicaciones específicas de productos instantáneos, congelados, deshidratados y muchas otras funciones definidas, el almidón puede ser preparado apropiadamente.

Modificación química.

La química involucrada en la modificación del almidón es bastante directa e involucra principalmente reacciones asociadas con los grupos hidroxilos del polímero de almidón. La modificación química del almidón es usualmente realizada en un medio acuoso en grandes tanques con sistemas de control de temperatura y agitación. Una suspensión de almidón en agua, generalmente 30 a 45% de sólidos (p/p), es tratada con reactivos químicos bajo agitación, temperatura y pH apropiados. Las condiciones del proceso son controladas para evitar la gelatinización y solubilización del almidón, de tal modo que el mismo mantenga su integridad granular. Cuando la reacción es completada, se induce el pH deseado en el almidón por agentes neutralizantes y es, entonces, purificado mediante lavado con agua y recuperado como un polvo seco. En la mayoría de los casos, la eficiencia de la modificación química es de alrededor del 70% o más. Estas modificaciones químicas cambian su funcionalidad. Las modificaciones químicas pueden ser hidrolíticas, oxidativas, esterificantes y eterificantes. Los métodos más comunes de modificación son por acidificación, oxidación/blanqueo, interacción o cruzamiento molecular (ligaciones cruzadas) y sustitución química o derivatización. En algunos casos, la modificación consiste en la combinación de algunos de los métodos mencionados anteriormente. Las propiedades físicas, químicas y funcionales del almidón modificado son influenciadas por los grupos introducidos, así como por el grado de sustitución (GS), el cual se define como una medida del número de grupos OH de cada unidad de glucosa que son sustituidos por grupos químicos. Las unidades de glucosa del almidón tienen tres grupos OH disponibles para ser sustituidos en las posiciones C2, C3 y C6; por lo que el GS máximo posible es de tres.

Los almidones entrecruzados presentan una alta estabilidad a la agitación y al calentamiento, incluso en medio ácido, por lo que son utilizados en productos congelados, principalmente como agentes espesantes, en alimentos infantiles y en la industria enlatadora, como ingrediente en mezclas para empanizados, para la preparación de aderezos, rellenos de frutas para tartas, postres cremosos y en aplicaciones de extrusión termoplástica.

Almidón resistente (AR).

El reconocimiento relativamente reciente de la digestión enzimática y adsorción incompleta del almidón en el intestino delgado, alcanzando el intestino grueso, donde este es fermentado en un grado variable por la microflora, como un fenómeno normal, ha incrementado el interés en la fracción no digerible del almidón. Estos son llamados almidones "resistentes" y se definen como la suma de almidón y los productos de degradación de todos los almidones no adsorbidos en el intestino delgado de individuos sanos. El AR se reconoce como un componente de hidratos de carbono no digeribles en los seres humanos, donde se ha demostrado ser un laxante suave, fermentado casi totalmente en el colon a ácidos grasos de cadena corta y que reduce el pH fecal y los ácidos secundarios de la bilis. Los ácidos grasos de cadena corta producidos, principalmente acetatos, propionatos y butiratos, estimulan el flujo sanguíneo del colon y la absorción de fluidos y electrólitos. El butirato es un alimento preferido para los colonocitos y, por otra parte, inhibe el desarrollo de células cancerosas.

El almidón resistente se puede encontrar en alimentos procesados y crudos. Las papas, plátanos, habas y lentejas son ejemplos de alimentos crudos que contienen entre el 14% y el 47% de AR. El pan, hojuelas de maíz y frijoles son ejemplos de los alimentos procesados que contienen <1 %, 3% y 4.96% de AR, respectivamente.

Almidones digeribles.

Estos incluyen a los almidones digeribles por las enzimas del organismo humano, llamados almidones rápidamente digeribles (ARD), los cuales es probable que sean digeridos en el intestino humano, y los almidones lentamente digeribles (ALD), los cuales es probable que sean digeridos lentamente y totalmente en el intestino delgado. Ambos (ARD y ALD) son consecuencia del arreglo tridimensional de las cadenas poliméricas de los gránulos crudos del almidón. Englyst y col. (1992) clasificaron el almidón ingerido basado en su probable digestión "¡n vivo", proponiendo tres clases de almidón dietético: 1 ) almidón rápidamente digerible (ARD), que es probable sea digerido en el intestino humano; 2) almidón lentamente digerible (ARD), que es probable sea digerido lentamente, sin embargo, totalmente en el intestino delgado; y 3) almidón resistente (AR), que es probable resista la digestión en el intestino delgado. Considerando los tipos de almidón lentamente digerible (ALD) y almidón resistente (AR), Woo y Seib (2002) sugieren que puede ser deseable aumentar el nivel de estos en alimentos. Se ha reportado que la modificación química inhibe la digestibilidad in vitro del almidón (Wepner y col. 1999).

El AR ha sido subdividido en cuatro categorías dependiendo de la causa de su resistencia. El AR1 representa almidones que son resistentes debido a que este es una forma físicamente inaccesible debido a que está embebido en una matriz no digerible, entre los que se incluyen granos parcialmente molidos, leguminosas y algunos tipos muy densos de alimentos conteniendo almidón, procesados. AR1 es termoestable en muchas operaciones de cocimiento normal y hace posible su uso como un ingrediente en una amplia variedad de alimentos convencionales.

El AR2 representa almidones que se encuentran en una cierta forma granular y es resistente a la digestión enzimática. En los gránulos del almidón crudo, los almidones están fuertemente empacados en un patrón radial y son relativamente deshidratados. Esta estructura compacta limita la accesibilidad de las enzimas digestivas (amilasas) lo cual causa la natural resistencia de AR2, similar a los almidones sin gelatinizar. En la dieta, los almidones crudos son consumidos en alimentos como la papa cruda y plátano, cuya cristalinidad los hace menos susceptibles a la hidrólisis. El AR1 y AR2 representan residuos de formas de almidón los cuales son digeridos muy lentamente e incompletamente en el intestino delgado.

El AR3 representa la fracción del almidón más resistente y es principalmente amilosa retrogradada formada durante el enfriamiento del almidón gelatinizado, el cual podría ser formado en alimentos cocidos que son almacenados a baja o a temperatura ambiente. Diversos alimentos cocidos mediante el uso de calor húmedo contienen fracciones de AR3.

Se ha agregado recientemente una cuarta categoría llamada AR4, o tipo IV, el cual es resultado de la modificación química que interfiere con la digestión de la enzima. El AR4 es el AR donde nuevos enlaces químicos, además de los enlaces (1?4) y (1?6), son formados. Son incluidos en esta categoría los almidones modificados obtenidos por varios tipos o tratamientos químicos que interfieren con la digestión de las enzimas.

El ALD y AR son de interés particular debido a su posible potencial beneficio para la salud de los seres humanos. Una proporción elevada de ALD y relativo a almidón resistente digerible (ARD) en un alimento conteniendo almidón indica un alimento con un bajo índice glicémico. Los alimentos con una carga glicémica baja son probablemente de beneficio para todos los individuos, especialmente para diabéticos tipo II.

Modificaciones químicas mediante introducción de ligaciones cruzadas.

La introducción de ligaciones cruzadas en el almidón se practica industrialmente para estabilizar el gránulo y restringir el (linchamiento del mismo. Sin embargo, el nivel de ligaciones cruzadas de los almidones usados como espesantes en alimentos es demasiado bajo para inducir resistencia a la enzima alfa-amilasa. Incrementando el grado de ligaciones cruzadas de los gránulos de almidón se puede esperar que inhiba la entrada de las moléculas de la enzima alfa-amilasa (peso fórmula 50 a 60 kDa) en los gránulos. El almidón modificado con ligaciones cruzadas es convencionalmente preparado haciendo reaccionar una suspensión alcalina (pH 7.5 a 12) de almidón granular (30 a 45% de sólidos) con un agente aprobado para introducir ligaciones cruzadas (a menudo en presencia de una sal). Entre estos reactivos para introducir ligaciones cruzadas se encuentran por ejemplo, reactivos polifuncionales como oxicloruro de fósforo (POC ), trimetafosfato de sodio (TMF), la mezcla de anhídrido de ácido acético y adípico, fosfato monosódico (FMS), tripolifosfato de sodio (TPS), epiclorohídrina (EPI), oxicloruro de fósforo y cloruro de vinilo, los cuales son los principales agentes utilizados en almidones de categoría alimenticia. La temperatura de la reacción es convencionalmente 25 a 50°C (77 a 122°F), y los tiempos de reacción pueden variar desde 30 min a 24 hr, dependiendo de la metodología empleada. Después que la reacción se termina, el almidón es ajustado a un pH neutro, filtrado, lavado y secado. Enlaces covalentes entrecruzados actúan como "punto de unión" para reforzar la estructura granular. El entrecruzamiento controla el hinchamiento granular y produce un almidón que puede tolerar altas temperaturas, alta velocidad de corte y condiciones acidas.

En términos simples, el entrecruzamiento es la unión covalente de dos moléculas de almidón para constituir una molécula de mayor tamaño. El enlace se consigue formando un diéster con ácido fosfórico (el reactivo más común es el POCI3), o formando un enlace éter (el reactivo más común es epiclorhidrina). Aunque generalmente se considera el entrecruzamiento entre moléculas diferentes, también puede ocurrir dentro de la gran molécula de amilopectina. POCI3 es un agente eficiente de ligaciones cruzadas en mezcla acuosas a pH 1 1 en la presencia de una sal neutra. TMFS ha sido reportado como un eficiente agente de ligaciones cruzadas a alta temperatura con almidón semiseco y a temperatura intermedia con el almidón hidratado en la mezcla acuosa.

La epiclorhidrina (EPI) es poco soluble en agua y se descompone parcialmente en glicerol, así mismo los agentes solubles en agua usados para introducir ligaciones cruzadas como el POCI3 y TMFS son preferidos. Por otra parte, también se ha reportado que las ligaciones cruzadas con EPI son probablemente menos distribuidas uniformemente con relación a TMFS. Así, el tipo de agente de ligaciones cruzadas determina en gran medida el cambio en las características funcionales de los almidones tratados. La doble modificación, una combinación de substitución y ligaciones cruzadas, ha demostrado que proporciona estabilidad contra la degradación ácida, térmica y mecánica del almidón y para retrasar la retrogradación durante el almacenamiento. Los almidones con dos modificaciones se utilizan extensamente en ensaladas, alimentos conservados, alimentos congelados y pudines. Es importante el control de las condiciones de la reacción durante la preparación de los almidones con dos modificaciones, ligaciones cruzadas/hidroxipropilados usando diversos reactivos para introducir ligaciones cruzadas con diversas bases de almidón como maíz, papa, trigo, maíz ceroso, cebada cerosa, arroz y sorgo.

La cantidad de reactivo requerido para introducir ligaciones cruzadas para preparar un almidón con dos modificaciones (con las características deseables) varía con la fuente de almidón, tipo de reactivo para introducir ligaciones cruzadas, eficiencia de la reacción de ligaciones cruzadas, el grado de substitución requerido y el rango de sustitución específico requerido y de características finales del almidón modificado.

Los efectos de diversas condiciones de reacción como concentración de la base de almidón, temperatura, pH y la concentración de la sal catalizadora juegan un papel importante durante la preparación debido a la doble modificación del almidón hidroxipropilado-ligaciones cruzadas.

Grado de modificación química.

El porcentaje y la eficiencia de la modificación química del proceso dependen del tipo de reactivo, origen botánico del almidón y del tamaño y la estructura de sus granulos. Esto también incluye la estructura de la superficie de los granulos del almidón, que incluye la superficie interna y externa, dependiendo de los poros y de los canales, los cuales conducen al desarrollo de la denominada superficie específica. En ciertos alimentos y como un producto prebiótico, es deseable producir almidón que resiste la hidrólisis por la enzima alfa amilasa en el intestino delgado, por ejemplo para disminuir el contenido calórico del almidón, o para aumentar el contenido dietético de la fibra. Sin embargo, las patentes y estudios relacionados en la producción de almidón resistente presentan serios inconvenientes relacionados con bajos porcentajes de formación de almidón resistente, uso de agentes químicos en exceso y grandes volúmenes de efluentes generados debidos principalmente a las cantidades de agua usadas durante el lavado del producto obtenido., lo que genera complejidad y eleva los costos del proceso.

Modificación química de almidón por extrusión.

El extrusor es un equipo altamente versátil que mediante la selección apropiada de las variables de proceso es posible obtener diversos grados de modificación del almidón y conseguir altos niveles de AR. El proceso de extrusión permite obtener un elevado grado de derivatización en una sola etapa. Durante la extrusión el almidón es mezclado, transportado, calentado, mediante uno o dos tornillos de acuerdo con el tipo de extrusor y presionado hacia un dado o matriz a alta temperatura y alta presión dando por resultado cambios moleculares. Se han reportado varias aplicaciones de almidón fosfatado por extrusión en alimentos, sin embargo, no se ha publicado información acerca de almidones fosfatados preparados ya sea por el proceso convencional de calentamiento o por extrusión que sean utilizados con propósitos de producir AR. Seker y col. (2003) reportaron que el fósforo fue ligado al almidón durante la extrusión en menos de 2 min mientras que el tiempo utilizado usando el método convencional por lotes fue 400 veces más lento y también a diferencia del proceso de extrusión también requiere secado de la dispersión de almidón y mantenerlo a altas temperaturas durante 2 h.

Los métodos convencionales de modificación de almidón requieren reactivos en exceso que pueden causar contaminación ambiental, así como tiempos prolongados para conseguir su funcionalidad. La tecnología de extrusión es una técnica versátil que emplea altas temperaturas en cortos tiempos de residencia y que ofrece grandes ventajas para la obtención de altos porcentajes de AR, sin la generación de efluentes. La preparación de AR usando el proceso de extrusión ofrece alternativas de sustitución de AR preparados por los métodos convencionales o descritos en anteriores patentes.

Proceso de extrusión.

La tecnología de extrusión es sumamente versátil en el procesamiento de una gran variedad de productos alimenticios. El equipo utilizado permite la obtención de diferentes productos simplemente cambiando la formulación o algunos parámetros del proceso en el mismo equipo. Es posible obtener diversas texturas, formatos, consistencias y otras características del producto. El proceso de extrusión es económico y con menor consumo de energía comparado a otros procesos de la industria alimentaria. Se considera como un proceso de alta temperatura y corto tiempo (HTST) que mejora la calidad microbiológica del producto con relación a otros procesos, fenómenos como gelatinización, transporte, mezclado, plastificación y otras operaciones unitarias se llevan a cabo en corto tiempo y ocurre menor destrucción de los ingredientes sensibles al calor.

El proceso de escalamiento a mayor escala es factible llevarlo a cabo proporcionalmente. Actualmente, la mayor parte de los extrusores son automatizados y de alta productividad. Uno de los productos de mayor distribución y aceptación elaborados a partir del proceso de extrusión son los alimentos tipo botana las cuales son clasificados como botanas directamente expandidas e indirectamente expandidas.

Tipos de botanas.

Los fabricantes de botanas utilizan principalmente tres términos para identificar las botanas: 1 ) Botanas de primera generación. En esta categoría son incluidos todos los productos naturales usados para botanas, papas fritas y las palomitas; 2) Botana de segunda generación. La mayoría de las botanas entra en esta categoría. Todos los ingredientes de las botanas como productos formados simples como las frituras de tortilla de maíz y maíz expandido y todas las botanas directamente expandidas se incluyen en esta categoría; 3) Las botanas de tercera generación también llamadas productos intermedios o pellets. En esta categoría son incluidos, los multi-ingredientes que forman las botanas y los pellets, elaborados por extrusión.

Botanas expandidas.

La mayoría de las botanas extrudidas se sitúan en esta categoría o de "botanas de segunda generación". Las botanas expandidas generalmente se elaboran en extrusores con alto cizallamiento. Algunos ejemplos son productos de maíz en forma de rosca sin fin, anillos de cebolla, botanas tridimensionales, y palitos de papa. Estos tipos de botanas se pueden sazonar con una variedad de diversos sabores, aceites, sal, azúcares, etc. La calidad de un producto extrudido-expandido depende de las condiciones de operación del extrusor y de las materias primas principales usadas en la formulación.

Varios otros factores pueden influenciar el grado de expansión de botanas durante la extrusión, es decir el contenido de humedad del material alimentado, el tiempo de residencia de la muestra en el barril del extrusor y tamaño de partícula de la muestra. Los pellets no-expandidos o botanas de tercera generación son formados generalmente por almidones, harinas o las mezclas de ambos, extrudidos. El proceso de extrusión se realiza con contenidos de moderados a altos de humedad (30 a 35%), bajo a razonable cizallamiento y temperaturas de extrusión y temperaturas del dado <100°C.

A medida que se enfrían y se secan a 10 a 11 % de humedad, los pellets extrudidos adquieren una textura vidriosa y muy estable, y se pueden expandir por cocimiento en horno, aire caliente, freír en aceite o mediante calentamiento por microondas. Comparados con los expandidos en aceite-caliente, los pellets expandidos calentados por microondas no contienen grasa. Los pellets no-expandidos presentan gran estabilidad durante el almacenamiento y alta densidad, facilitando así su manipulación debido a que grandes cantidades de producto ocupan pequeños volúmenes de espacio de almacenamiento. Se han realizado diversos esfuerzos para mejorar el valor nutricional de botanas mediante la incorporación de proteína de diversas fuentes. Estas botanas se pueden utilizar como vehículo para aumentar el valor nutricional incorporando a los alimentos proteína y fibra que proporcionan beneficios a la salud.

El almidón producido por el proceso de extrusión en muchos casos tendrá un contenido de fibra dietética total (FDT) de por lo menos de cerca de 30%. La presente invención emplea almidones que son modificados químicamente para producir el almidón resistente en una etapa de extrusión (POCI3). Estos almidones incluyen un almidón con al menos 50% en peso de amilosa, almidones acetilados, fosforilados, hidroxipropilados, aniónícos, no iónicos, catiónicos zwiteriónicos, orgánicamente esterificados, adipatos de almidón, succcinatados y los derivados substituidos del succinato de almidón.

Generalmente estos procesos son llevados a cabo en almidones previamente modificados químicamente y posteriormente procesados por extrusión, lo que los hace diferentes de la presente invención que únicamente involucra una sola etapa de procesamiento por extrusión. Por lo tanto modificaciones químicas previas incluyen el uso de reactivos en exceso que conlleva a la generación de efluentes debido a la remoción de reactivos que no reaccionan, además del uso de grandes volúmenes de agua y largos tiempos de proceso. Las condiciones de extrusión pueden convertir el almidón granular y semicristalino en un material con alto contenido de AR, resistente a la enzima alfa-amilasa. Una formulación de almidón con alta viscosidad generalmente requiere un tratamiento adicional que es realizado a través de energía mecánica. El alto cizallamiento durante la extrusión se relaciona directamente con la alta energía mecánica específica, que conjuntamente aumenta la introducción de ligaciones cruzadas en el almidón.

Una modalidad de la presente invención es proporcionar un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que comprende mediante una sola etapa de extrusión reactiva introducir ligaciones cruzadas al almidón nativo (sin modificar).

Otra modalidad de la presente invención es proporcionar un proceso único de preparación de almidón resistente (AR) o de composiciones (botanas) que comprenden AR que puede ser adicionado a diversos sistemas alimenticios en forma de harina, el cual ofrece las ventajas de un proceso económico que permite preparar AR conteniendo productos de calidad y cantidad mejoradas.

El proceso de la presente invención incluye la extrusión del almidón en presencia de agentes químicos para introducir grupos funcionales que inducen la formación de ligaciones cruzadas y obtener almidones con alto contenido de almidón resistente, por ejemplo de tipo R4, a una temperatura por lo menos de alrededor de 50°C y hasta 350°C en presencia de humedad.

Una modalidad adicional del proceso de la presente invención, es que el paso de tratamiento mecánico-térmico de la misma se realiza a una temperatura por lo menos de alrededor de 150°C, o en algunos casos por lo menos a 120°C, con un contenido de humedad de cerca de 12 a 35% por peso. El contenido de agua del almidón del producto durante este paso es de cerca de 20 a 25% por peso. El contenido total del almidón resistente del producto obtenido mediante el método de la presente invención se sitúa por lo menos a cerca de 85% por peso durante la extrusión en presencia de humedad.

El término "almidón resistente a la enzima alfa-amilasa"; se utiliza en la presente invención para referirse a un almidón que tenga uno o varios componentes que sean resistentes a la enzima alfa-amilasa. Debe ser entendido que el almidón puede también tener componentes que no sean resistentes a la enzima alfa-amilasa. El almidón procesado puede ser un almidón con alto contenido de amilosa, por ejemplo uno que abarque por lo menos un contenido de amilosa de cerca del 50% por peso, o por lo menos de cerca del 65% por peso. Tales almidones con alto contenido de amilosa se encuentran disponibles en el mercado. Alternativamente, pueden ser usados almidones que no son altos en contenido de amilosa. El almidón usado en el proceso puede obtenerse de una variedad de fuentes, incluyendo los almidones obtenidos de maíz dentado, maíz genético de los maíces ae (mutación genética comúnmente conocida por los mejoradores de maíz y para el extensor de la amilosa) de alta amilosa, papa, yuca, arroz, trigo, fríjol, chícharo y, así como la amilosa purificada de estos almidones.

Otra modalidad adicional de la presente invención es la utilización de combinaciones de dos o más tipos de almidones para incrementar su resistencia mediante el método de la invención. El almidón procesado puede ser un producto con un contenido de humedad inherente, en este contexto no significa que el contenido de agua es el 0%, aunque el contenido de agua debe ser bastante bajo para ser considerado como seco en un sentido comercial. Cuando se alimenta el almidón con su contenido de humedad inherente, agua o una composición acuosa se puede agregar al extrusor para formar una mezcla o una suspensión. El almidón mezclado con sales se alimenta al extrusor mientras que está bajo la forma de mezcla o suspensión acuosa que tenga una concentración seca de sólidos de por lo menos de cerca de 40% por peso. En algunos casos, la concentración seca de los sólidos de la mezcla o de la suspensión puede ser por lo menos de cerca del 60% por peso, o por lo menos de cerca de 70% por peso.

El equipo de extrusión está generalmente bien adaptado para procesar composiciones con alto contenido de sólidos y alta viscosidad. Los ejemplos específicos incluyen extrusores de tornillo simple y de doble tornillo con cualquiera de sus variantes conocidas en el arte. Este equipo de extrusión está disponible en el mercado. La temperatura del almidón procesado durante la extrusión conforme a la presente invención está aproximadamente de 50 a 350°C. Debe ser entendido que la temperatura del almidón no necesita seguir siendo constante durante la extrusión. Por ejemplo, el equipo de extrusión puede abarcar más de una zona, y cada zona puede estar a diferente temperatura, aunque la temperatura de cada zona esté preferentemente dentro de los rangos de temperaturas indicadas.

El agua usada en el almidón de la alimentación y/o agregada al extrusor puede abarcar opcionalmente una o más otras sustancias, tales como alcoholes (por ejemplo, alcoholes que tienen 1 a 6 átomos de carbono) o sales. El pH puede variar de cerca de 3.5 a cerca de 8.5, mientras que la temperatura de este tratamiento termo-mecánico opcionalmente puede estar por lo menos a 120°C, o en algunos casos por lo menos a 150°C. El contenido de agua durante esta etapa puede ser de entre 15 a 35% por peso, o en algunos casos de 20 a 25% por peso. Para alcanzar el contenido de agua deseado durante esta etapa al inicio de la extrusión, es necesario acondicionar con agua el almidón nativo conjuntamente con los reactivos. Este tratamiento térmico-mecánico en presencia de humedad puede aumentar el contenido de almidón resistente del almidón por lo menos en cerca del 85% por peso, y en algunos casos a mayores contenidos. El almidón puede entonces ser secado a un contenido de humedad entre 8 a 12%, si fuera el caso y empacado apropiadamente para su posterior uso. Lo mismo se aplica para botanas directamente expandidas o botanas de tercera generación. Para retirar la humedad del almidón o de las botanas, se pueden utilizar secadores de bandejas o tipo flash aunque equipos de secado conocidos en el arte también pueden ser empleados. El producto de almidón se puede moler opcionalmente para reducir su tamaño de partícula, antes como almidón nativo o después del tratamiento térmico mecánico. La molienda puede ser realizada generalmente en el almidón seco.

El almidón producido por el método de la invención es generalmente termoestable y estable al atrito, que lo hace compatible con el proceso de alta temperatura y/o atrito. Consecuentemente, el almidón obtenido está bien adaptado para su uso en alimentos en las industrias lácteas, panificación, cárnicos, botanas fritas, botanas expandidas y otros sistemas alimenticios. Además, dicho almidón es relativamente alto en fibra dietaria total (FDT). El almidón producido por el método de la invención es típicamente un almidón resistente del tipo IV una vez que es un almidón nativo químicamente modificado en una única etapa de extrusión.

La palabra "almidón nativo" se utiliza comúnmente en la literatura como descripción del almidón. Los inventores utilizan la palabra "almidón nativo" para significar las propiedades del almidón como existe en el cultivo a la cosecha y en la extracción a partir de cereales, tubérculos, raíces u oleaginosas con un tratamiento físico mínimo mediante métodos conocidos en el arte.

La fibra dietética total (FDT) es el parámetro que indica el grado de resistencia del almidón a la enzima alfa-amilasa. Los métodos oficiales para determinar FDT incluyen el método 985.29 y 991 .43 de la AOAC o el método de Goñi I, García-Díaz L.

La presente invención será entendida más completamente por los ejemplos siguientes, que se ilustran con un propósito simplemente ilustrativo y no limitante del alcance de la presente invención.

Ejemplo 1. Utilización del almidón de papa para la obtención de productos con alto grado de expansión y baja densidad empleando un extrusor de tornillo simple monorosca conforme a la presente invención. Almidón de papa (50g) fue disuelto en agua a 25°C conteniendo 5 g de NaCI y 6 g de la mezcla de 99:1 (p/p) de trimetafosfato de sodio/tripolifosfato de sodio (STMP/STPP). El almidón acondicionado fue agitado y guardado en bolsas de plástico, las cuales fueron refrigeradas por 12 h, para asegurar la homogenización de la humedad en la muestra. Se evaluaron diferentes contenidos de humedad (18 a 30%) en las muestras y diferentes temperaturas de extrusión en la tercera zona de 90 a 160°C. Cada mezcla fue ajustada a pH 1 1 .0 agregando hidróxido del sodio 1 .0 M y después agitada durante 3 horas. Se evaluaron 13 tratamientos. Se usó un extrusor de tornillo simple monorosca de 42.8 cm de longitud, con un diámetro de 19 mm, una relación de compresión de 3:1 y una velocidad de rotación de tornillo de 85 rpm, y de 40 rpm en el tornillo de alimentación, así como una matriz circular de 5 mm de diámetro interno. El equipo de extrusión está dividido en tres zonas calentadas de manera independiente por resistencias eléctricas y enfriadas con aire. Las temperaturas en la zona de alimentación fueron de 60°C y en la segunda zona de 80°C. Los productos extrudidos fueron secados en estufa con circulación de aire forzado a 40°C por 24 h y guardados en bolsas de polietileno para su posterior análisis. Los contenidos de almidón resistente obtenidos variaron de 81 .87 a 87.04%. Los rangos de temperaturas en los que se obtuvieron los mayores contenidos de almidón resistente fueron de 100 a 160°C en la zona de calentamiento. Los contenidos de humedad en los que se obtuvieron los mayores contenidos de almidón resistente fueron de 18 a 30%. Se obtuvieron productos con alto grado de expansión de alrededor 2.5 a 3.5 y baja densidad de 0.20 a 0.45.

Ejemplo 2. Fosfatación de almidón de trigo utilizando un extrusor de monorosca conforme a la presente invención. La fosfatación de almidón de trigo se realizó en un extrusor monorosca. Las temperaturas del barril fueron 70 a 80°C, 150°C y 100 a 200°C para la zona de alimentación, de transición y de alta presión respectivamente. Se utilizó una velocidad de tornillo de 80 rpm, una velocidad de alimentación de 70 g/min (30 rpm), relación de compresión del tornillo de 3:1 y un dado con un diámetro de salida de 4.0 mm. Se adicionaron 0.60 a 4.0 % de tripolifosfato de sodio. Las muestras fueron acondicionadas de 16 a 20% de humedad y almacenadas en bolsas de polietileno a 4°C durante 12 horas para su posterior extrusión. Se utilizó un tornillo sinfín de 42.8 cm de longitud, un diámetro de 19 mm, una relación de compresión de 3:1 y una velocidad de rotación de tornillo de 85 rpm, y de 40 rpm en el tornillo de alimentación. La matriz usada fue circular de 5 mm de diámetro interno. Las muestras extrudidas fueron molidas en un molino de martillos y cribadas usando una malla de 250 pm. Los contenidos de almidón resistente obtenidos variaron de 81.87 a 83.91 %. Se obtuvieron productos con alto grado de expansión de alrededor de 2.3 a 3.2 y baja densidad de 0.25 a 0.40.

Ejemplo 3. Fosfatación de almidón de yuca utilizando un extrusor monorosca conforme a la presente invención. La fosfatación de almidón de yuca se realizó en un extrusor monorosca. Las temperaturas del barril fueron 60°C, 70°C y 60 a 120°C para la zona de alimentación, de transición y de alta presión respectivamente. Se utilizó una velocidad de tornillo de 80 rpm, una velocidad de alimentación de 70 g/min (30 rpm), relación de compresión del tornillo de 3:1 y un dado con un diámetro de salida de 4.0 mm. Se adicionaron 0.60 a 4.0 % de trimetafosfato de sodio así como de 0.025 a 0.080% de hidróxido de sodio. Las muestras fueron acondicionadas a 16% de humedad y almacenadas en bolsas de polietileno a 4°C durante 12 horas para su posterior extrusión. Se utilizó un tornillo sinfín de 42.8 cm de longitud, un diámetro de 19 mm, una relación de compresión de 3:1 y una velocidad de rotación de tornillo de 85 rpm, y de 40 rpm en el tornillo de alimentación. La matriz usada fue circular de 5 mm de diámetro interno. Las muestras extrudidas fueron molidas en un molino de martillos y cribadas usando una malla de 250 pm. Los contenidos de almidón resistente obtenidos variaron de 80.77 a 85.90%. Se obtuvieron productos con alto grado de expansión de alrededor de 2.4 a 3.4 y baja densidad de 0.22 a 0.43.

Ejemplo 4. Fosfatación de almidón de maíz ceroso y de papa utilizando un extrusor de laboratorio de doble tornillo tipo cónico conforme a la presente invención. La fosfatación de almidón de maíz ceroso y de papa se realizó en un extrusor de laboratorio de doble tornillo tipo cónico (Modelo PL 2000 Plasticorder, C.W. Brabender Instruments Inc., South Hackensack, NJ) con una longitud de tornillo de 37 cm y un diámetro de tornillo decreciente de 4.3 a 2.8 cm y velocidades de 140, 160 y 180 rpm. La temperatura del dado fue mantenida constante a 130°C. Fue utilizado un dado de 3 mm. La mezcla de cada almidón fue preparada con 15 g de tripol ¡fosfato de sodio y 6 g de trimetafosfato de sodio en 300 mi de agua desionizada conteniendo 15 g de sulfato de sodio. La solución fue ajustada a pH 9.0 con NaOH (10%) antes de la adición del almidón (300 g, base seca). Después de la adición del almidón, la mezcla fue reajustada a pH 9.0 usando NaOH (5%) y agua para conseguir una dispersión final de sólidos de 45%. La mezcla fue homogeneizada a temperatura ambiente por 1 hora y secada en un horno de convección a 40°C durante 12h. Finalmente la humedad fue reajustada a 35% antes de ser procesada en el extrusor. Los contenidos de almidón resistente obtenidos variaron de 82.66 a 88.03%. Se obtuvieron productos con alto grado de expansión de alrededor de 2.6 a 3.7. Las muestras finamente molidas fueron adicionadas en concentraciones de 1 , 3 y 5% a una formulación de yogurt comercial con un porcentaje estandarizado de grasa de leche de 3% y con un contenido de sólidos totales del 13%. El análisis sensorial realizado en las muestras de yogurt con un panel de 60 jueces mostró que el yogurt adicionado con AR preparado por extrusión conforme al método de la presente invención presentó las siguientes calificaciones: color 5.73, sabor 5.53, textura 5.53 y aceptación general de 5.71 ; mientras que las muestras de yogurt con almidón de papa fosfatado convencionalmente y las muestras control (yogurt sin AR) presentaron valores de color 5.16 y 4.7, sabor 5.15 y 4.73, textura 5.06 y 4.08 y aceptación general de 5.29 y 4.76, respectivamente.

Ejemplo 5. Utilización de almidón de maíz ceroso con alto contenido de amilopectina. A una dispersión al 40% de sólidos de almidón de maíz ceroso (base seca) se le adicionaron por goteo y en agitación, anhídrido octenil succinato (OSA) en una proporción de 2mL/50 g de almidón en base seca, durante dos horas a un pH constante de 8.5 a 9 Se mantuvieron las mismas condiciones durante un tiempo total de 6 horas. Posteriormente la suspensión fue centrifugada para eliminar residuos del reactivo. Se llevaron a cabo dos lavados con agua destilada. El almidón succinatado fue secado a 45°C durante 24 horas, molido y cribado en una malla de 250 µ??. Se usó un extrusor de tornillo simple monorosca de 42.8 cm de longitud, un diámetro de 19 mm, una relación de compresión de 3:1 y una velocidad de rotación de tornillo de 85 rpm, y de 40 rpm en el tornillo de alimentación. Una matriz circular de 5 mm de diámetro interno. El equipo de extrusión está dividido en tres zonas calentadas de manera independiente por resistencias eléctricas y enfriadas con aire. Las temperaturas del barril fueron 70 a 80°C, 150°C y 180°C para la zona de alimentación, de transición y de alta presión respectivamente. Los productos extrudidos fueron secados en estufa con circulación de aire forzado a 40°C por 24 h y guardados en bolsas de polietileno para su posterior análisis. Los contenidos de almidón resistente obtenidos variaron de 79.03 a 83.09%. Se obtuvieron productos con alto grado de expansión de alrededor de 3.6 a 4.2 y baja densidad de 0.08 a 1 .1.

Ejemplo 6. Obtención de botanas directamente expandidas de almidón de maíz normal. Se dispersaron 100 g de almidón en 230 mL de agua y se adicionaron por goteo 2.5 g de anhídrido acético/100 gramos de almidón. La suspensión fue centrifugada a 6,000 rpm por 10 minutos para separar el sobrenadante. Se llevó a cabo un lavado con agua destilada. Una vez llevada a cabo la modificación química, las muestras fueron acondicionadas a 16% de humedad y extrudidas. Se usó un extrusor de tornillo simple monorosca de 42.8 cm de longitud, un diámetro de 19 mm, una relación de compresión de 3:1 y una velocidad de rotación de tornillo de 85 rpm, y de 40 rpm en el tornillo de alimentación. Una matriz circular de 5 mm de diámetro interno. El equipo de extrusión está dividido en tres zonas calentadas de manera independiente por resistencias eléctricas y enfriadas con aire. Las temperaturas del barril fueron 70 a 80°C, 150°C y 180°C para la zona de alimentación, de transición y de alta presión respectivamente. Los productos extrudidos fueron secados en estufa con circulación de aire forzado a 40°C por 24 h y guardados en bolsas de polietileno para su posterior análisis. Los contenidos de almidón resistente obtenidos vanaron de 78.06 a 82.06%. Se obtuvieron productos con alto grado de expansión de alrededor de 3.5 a 4.0 y baja densidad de 0.1 a 1.2.

Ejemplo 7. Obtención de botanas de tercera generación. Se usó un extrusor de tornillo simple monorosca de 42.8 cm de longitud, un diámetro de 19 mm, una relación de compresión de 3:1 y una velocidad de rotación de tornillo de 85 rpm, y de 40 rpm en el tornillo de alimentación. Se usó una matriz rectangular con medidas internas de 20 * 1.5 ? 100 mm. Las temperaturas fueron mantenidas constantes en las diferentes zonas de de calentamiento en 75, 140, y 83°C (alimentación, mezclado-cocimiento y dado, respectivamente) durante todos los tratamientos. La humedad de alimentación varió de 25 a 35%. La velocidad de alimentación fue constante en 40.0 ± 2.3 g/min y la velocidad del tornillo fue de 1.3 hertzios (80 RPM). Los pellets extrudidos fueron cortados en fragmentos de 2 cm y secados a la humedad de equilibrio (9 a 13%) en un horno de la convección de aire forzado (50°C), por 16 horas. Los pellets no-expandidos fueron expandidos mediante calentamiento por microondas usando tiempos optimizados de 30 segundos. Los contenidos de almidón resistente obtenidos variaron de 78.06 a 82.06%. Se obtuvieron productos con alto grado de expansión de 2.0 a 4.8 y densidad de 0.08 a 0.42.

En todos los análisis la determinación de almidón resistente (AR) se realizó por el método enzimático de Goñi y col. (1996).

Claims (18)

Reivindicaciones.

1. Un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que introduce ligaciones cruzadas al almidón nativo sin modificar mediante una sola etapa de extrusión reactiva, caracterizado porque comprende las etapas de: a) Preparar almidones resistentes, inocuos para humanos, utilizando un almidón o una mezcla de almidones con reactivos para introducir ligaciones cruzadas intra e intermoleculares en los gránulos de almidón b) Procesar estos almidones nativos y agentes de modificación por extrusores de tornillo simple o de doble tornillo en un rango de temperaturas de 50 a 350°C y con contenidos de humedad de 8 a 40%, y c) Someter el almidón obtenido a secado o no para su adecuado almacenamiento y posteriormente molido para adicionar a sistemas alimenticios, en el caso de botanas directamente expandidas o botanas de tercera generación posteriormente expandidas podrán ser secadas o no y adicionadas de colorantes o saborizantes antes o después del proceso de extrusión.

2. Un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que introduce ligaciones cruzadas al almidón nativo sin modificar mediante una sola etapa de extrusión reactiva de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque los reactivos químicos utilizados para el entrecruzamiento de almidones comprende sales de trimetafosfato de sodio (T S), fosfato monosódico, tripolifosfato de sodio (TFS), cloruro de vinilo, o n-octenil succínico (OSA), oxicloruro de fósforo, y mezclas de anhídrido adípico y anhídrido acético.

3. Un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que introduce ligaciones cruzadas al almidón nativo sin modificar mediante una sola etapa de extrusión reactiva de conformidad con las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque los almidones usados incluyen un almidón normal (23-27% de amilosa y 73-77% de amilopectina) o con mezclas de almidones, como almidón con al menos 23% en peso de amilosa, o almidón con al menos 73% de amilopectina.

4. Un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que introduce ligaciones cruzadas al almidón nativo sin modificar mediante una sola etapa de extrusión reactiva de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque la suspensión de almidón y reactivos son procesadas en el extrusor para introducir las ligaciones cruzadas, con una concentración de sólidos en seco de al menos aproximadamente 45% por peso, produciendo un producto de almidón resistente a la enzima alfa-amilasa.

5. Un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que introduce ligaciones cruzadas al almidón nativo sin modificar mediante una sola etapa de extrusión reactiva de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque los almidones con alto contenido de almidón resistente son producidos usando extrusores de tornillo simple o de doble tornillo de para producir almidones con alto contenido de almidón resistente directamente expandidos.

6. Un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que introduce ligaciones cruzadas al almidón nativo sin modificar mediante una sola etapa de extrusión reactiva de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque los extrusores de doble tornillo pueden ser en cualquiera de sus variantes disponibles en el mercado, tornillos girando en el mismo sentido o en sentido contrario, parcialmente o completamente enlazados, o no enlazados.

7. Un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que introduce ligaciones cruzadas al almidón nativo sin modificar mediante una sola etapa de extrusión reactiva de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque los extrusores de tornillo simple o de doble tornillo pueden constar de 3 a 8 zonas con temperaturas que pueden variar en cada zona de 50 a 400°C y presiones de 50 a 9000 kPa.

8. Un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que introduce ligaciones cruzadas al almidón nativo sin modificar mediante una sola etapa de extrusión reactiva de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque en los extrusores monorosca los tornillos usados pueden variar en grados de compresión de 1 :1 a 1 :5.

9. Un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que introduce ligaciones cruzadas al almidón nativo sin modificar mediante una sola etapa de extrusión reactiva de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque los almidones con alto contenido de almidón resistente son producidos usando extrusores de tornillo simple o de doble tornillo para producir pellets para botanas de tercera generación o también llamados productos intermedios que una vez extrudidos pueden ser expandidos por freído en aceite caliente, calentamiento con el uso de microondas o mediante aire o fluidos calientes.

10. Un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que introduce ligaciones cruzadas al almidón nativo sin modificar mediante una sola etapa de extrusión reactiva de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque el almidón obtenido puede ser en forma expandida (botanas de expansión directa) o pellets (botanas posteriormente expandidas) o un producto extrudido expandido o no, a un contenido de humedad entre 5 y 12% o usado directamente en forma de botana expandida con la adición o no de aditivos, colorantes o saborizantes, o el producto extrudido obtenido puede ser secado si es necesario y molido para obtener una harina que pueda ser adicionada a diversos sistemas alimenticios como productos lácteos, de panificación, etc.

1 1 . Un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que introduce ligaciones cruzadas al almidón nativo sin modificar mediante una sola etapa de extrusión reactiva de conformidad con las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la suspensión de almidón y agentes de modificación son procesadas en el extrusor para introducir las ligaciones cruzadas, en un rango de temperaturas de 50 a 350"C y con contenidos de humedad de 8 a 40% con una concentración de sólidos en seco de al menos aproximadamente 45% por peso, produciendo un producto de almidón resistente a la enzima alfa-amilasa.

12. Un proceso para producir almidón resistente a la enzima alfa-amilasa que introduce ligaciones cruzadas al almidón nativo sin modificar mediante una sola etapa de extrusión reactiva de conformidad con las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las temperaturas del barril pueden variar de 50 a 350°C, velocidades de tornillo de 30 a 400 rpm, tornillos simples con relación de compresión de 1 :1 , 2:1 , 3:1 , 4:1 o 5:1 y un dado con un diámetro de salida de 0.5 a 3.5 mm.

13. Una composición de almidón producida por el proceso de extrusión de conformidad con las reivindicaciones anteriores caracterizada porque comprende al menos un reactivo o sus mezclas para introducir ligaciones cruzadas en proporciones de 0.5 a 10 g en base seca, conteniendo o no de 4 a 10 g sales para justar a pH de 8 a 1 1 .5 cuando sea requerido.

14. Una composición de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque el proceso se lleva a cabo en un extrusor de tornillo simple o de doble tornillo a una temperatura de 50 a 350°C en la presencia de humedad de 12 a 40%.

15. Una composición de conformidad con la reivindicaciones 13 y 14, caracterizada porque comprende sólidos en seco de al menos aproximadamente 45% por peso, produciendo un producto de almidón resistente a la enzima alfa amilasa.

16. Una composición de conformidad con la reivindicaciones 13, 14 y 15, caracterizada porque el almidón comprende almidones nativos de cereales, o de raíces, o de tubérculos o de leguminosas o sus mezclas en cualquiera de sus proporciones.

17. Una composición de conformidad con las reivindicaciones 13 a 16, caracterizada porque el almidón nativo es un almidón que no ha sufrido ninguna modificación química previa a su procesamiento en el extrusor.

18. Una composición de conformidad con las reivindicaciones 13 a 17, caracterizada porque el almidón nativo comprende almidones nativos de cereales como: maíz, arroz, trigo, avena, cebada, centeno, sorgo, triticale, o de papa, o de yuca o de ñame u otras raíces o tubérculos o de fríjol, chícharo u otras leguminosas; incluyendo también almidón de amaranto; también comprende almidones con alto contenido de amilosa (50% o más) o con alto contenido de amilopectina (90% o más).