Estudio de las modificaciones fisicoquímicas originadas ...

Estudio de las modificaciones fisicoquímicas originadas por la inclusión de minerales en la matriz del almidón de

papa y plátano

Nathalia Mutis González

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Física y Química

Manizales, Colombia

2019

Estudio de las modificaciones fisicoquímicas originadas por la inclusión de minerales en la

matriz del almidón de papa y plátano

Nathalia Mutis González

Tesis presentada como requisito parcial para optar al título de:

Magister en Ciencias-Física

Directora:

Dra. Posidia Pineda Gómez

Grupo de Investigación:

Magnetismo y Materiales Avanzados

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Física y Química

Manizales, Colombia

2019

A mis madres y a mis padres

A Erika y David

Agradecimientos

Quiero agradecer a Dios, a mi familia, a Luis Felipe y su familia, y a todos aquellos que me

brindaron su apoyo en este proceso. Sin su ayuda esto no hubiera sido posible. Gracias a

mis padres y a mis hermanos por su amor incondicional. Deseo agradecer a mi tía Yadira,

ya que fue ella quien me brindó la oportunidad de ingresar a la universidad.

De igual manera quiero agradecerle a mi profe y tutora Posidia Pineda, gracias por el

acompañamiento académico, por motivarme a ser mejor, por la confianza que me ha

brindado y por siempre estar pendiente de mí.

Al profesor Andrés Rosales por haberme dado la oportunidad de entrar al Laboratorio de

Magnetismo y Materiales Avanzados, por brindarme un espacio para investigar. También

quiero agradecerles a mis colegas del laboratorio por el compañerismo brindado.

De manera muy especial deseo agradecer al Doctor Mario Enrique Rodríguez García, y a

todo su equipo de trabajo, quienes me ayudaron y facilitaron los espacios del laboratorio

de propiedades físico-químicas de alimentos del centro de física aplicada y tecnología

avanzada CFATA, de la Universidad Nacional Autónoma de México, para llevar acabo gran

parte de este trabajo

Quiero agradecerle al Laboratorio de Difracción de Rayos-X, adscrito al Laboratorio de

Física del Plasma, a la Planta Piloto de Biotecnología y Agroindustria, y al Laboratorio de

Química de la Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales, Por los espacios,

equipos y análisis facilitados para poder cumplir con todos los objetivos propuestos.

Por último, deseo agradecer a la Dirección de Investigación de la Universidad Nacional de

Colombia, sede Manizales (DIMA), por brindarme el apoyo económico para llevar a cabo

la ejecución de esta investigación.

Resumen y Abstract IX

Resumen

El almidón es un biopolímero ampliamente utilizado en la industria, sin embargo, rara vez

se utiliza en su forma nativa, haciendo necesaria su modificación. Esta investigación

estudió el efecto de la inclusión de iones de potasio, calcio y magnesio en las propiedades

fisicoquímicas del almidón de plátano y papa. Se prepararon soluciones iónicas en cinco

concentraciones entre 0.0 y 0.3M. Se estudiaron gelatinización, degradación térmica,

viscosidad, poder de hinchamiento, cambios morfológicos y estructurales. Los resultados

mostraron que la adición de iones aumentó el poder de hinchamiento e índice solubilidad.

Los tres iones afectaron la temperatura de gelatinización de las dos fuentes, en las que

hubo un corrimiento de hasta 4°C para el almidón de plátano, y 2°C para el almidón de

papa, ambos modificados con iones de Mg2+. El cambio más significativo en el perfil de

viscosidad se mostró en la región final. Los tres iones permitieron el reordenamiento de

las cadenas poliméricas, pero el magnesio mostró una mayor tendencia hacia la

recuperación de la viscosidad sobre el almidón de plátano. Para el almidón de papa, en

esta región se observó la aparición de oscilaciones en el perfil, dando indicios de que la

mezcla no era tan homogénea, esto se presentó para los tres tipos de iones. En el análisis

termogravimétrico, se observó una menor temperatura de degradación para los almidones

modificados con iones. El análisis estructural mostró que, para concentraciones altas de

potasio (0.20 y 0.30 M), la adición no se llevó a cabo en los dos almidones, y en los

difractogramas de los dos almidones aparecen fases del cloruro de potasio. Todos los

resultados mostraron que la inclusión de iones produjo cambios en las propiedades

fisicoquímicas de los dos almidones, pero los iones hicieron más efecto en la gelatinización

y el perfil de viscosidad del almidón de plátano. Para los dos almidones, el magnesio tuvo

un mayor efecto en sus matrices poliméricas, lo que podría deberse a su alta

electronegatividad y bajo peso molecular.

Palabras clave: Almidón de plátano; Almidón de papa; Ion de magnesio; Ion de calcio; Ion

de potasio.

Resumen y Abstract XI

Abstract

Starch is a biopolymer widely used in the industry; however, it is rarely used in its native

form, making necessary its modification. This research studied the effect of the inclusion of

potassium, calcium and magnesium ions on the physicochemical properties of plantain and

potato starch. Ionic solutions were prepared in five concentrations between 0.0 and 0.3M.

Gelatinization, thermal degradation, viscosity, swelling power, morphological and structural

changes were studied. The results showed that the addition of ions increased the swelling

power and solubility index. The three ions affected the gelatinization temperature for both

sources, which shifted up to 4°C for plantain starch, and 2°C for potato starch, both

modified with Mg2+ ions. The most significant change in the viscosity profile was shown in

the final region; the three ions allowed the rearrangement of the polymer chains, but the

magnesium showed a greater tendency towards the recovery of the viscosity on the

plantain starch. For the potato starch, in this region the appearance of oscillations in the

profile was observed, giving indications that the mixture was not so homogeneous. This

was presented for all three ions. In thermogravimetric analysis, a lower degradation

temperature was observed for the ion modified starches. The structural analysis showed

that for higher concentrations of potassium (0.20 and 0.30 M), the addition was not carried

out in the two starches, and in the diffractograms of the two starches appear phases of the

potassium chloride. All the results showed that the inclusion of ions produced changes in

the physicochemical properties of the two starches, but the ions made more changes in the

gelatinization and the viscosity profile of the plantain starch. For the two starches the

magnesium had a greater effect in their polymer matrices, which could be due to their high

electronegativity and low molecular weight.

Keywords: Plantain starch; Potato starch; Magnesium ion; Calcium ion; Potassium ion.

Contenido XIII

Contenido

Pag.

Resumen ........................................................................................................................ IX

Abstract.......................................................................................................................... XI

Lista de figuras ............................................................................................................. XV

Lista de tablas ............................................................................................................ XVII

Introducción .................................................................................................................... 1

Formulación del problema de investigación ................................................................. 5

Justificación .................................................................................................................... 7

Objetivos .......................................................................................................................... 9

1. Revisión del estado del arte y marco teórico ....................................................... 11 Revisión del estado del arte ............................................................................. 11 Marco teórico ................................................................................................... 14

El almidón ...................................................................................................... 14 La gelatinización ............................................................................................ 18 Transformaciones del almidón ....................................................................... 19

2. Desarrollo experimental ......................................................................................... 21 Materiales ........................................................................................................ 21

Extracción de almidones ................................................................................ 21 Preparación de soluciones iónicas ................................................................. 22

Caracterización de los materiales ..................................................................... 22 Análisis químico ............................................................................................. 22 Poder de hinchamiento e índice de solubilidad .............................................. 23 Análisis calorimétrico por DSC ....................................................................... 23 Análisis de viscosidad aparente ..................................................................... 24 Caracterización por difracción de rayos X ...................................................... 24 Caracterización de la muestra por SEM ......................................................... 25 Degradación térmica ...................................................................................... 25

3. Resultados y discusión ......................................................................................... 27 Almidones de papa y plátano sin modificaciones ............................................. 27

Análisis químico ............................................................................................. 28 Caracterización de morfología por SEM ........................................................ 29

XIV Estudio de las modificaciones fisicoquímicas originadas por la inclusión de

minerales en la matriz del almidón de papa y plátano

Análisis de gelatinización .............................................................................. 30 Caracterización de estructura por difracción de rayos X ................................ 33 Degradación térmica ..................................................................................... 34

Modificaciones en el almidón de plátano por adición de iones .......................... 35 Poder de hinchamiento e índice de solubilidad .............................................. 35 Cambios en la gelatinización debido a la inclusión de iones .......................... 37 Análisis de viscosidad aparente .................................................................... 39 Caracterización por difracción de rayos x ...................................................... 42 Efecto de adición de iones sobre la morfología ............................................. 44 Degradación Térmica .................................................................................... 46

Modificaciones en el almidón de papa por la inclusión de iones ........................ 49 Poder de hinchamiento e índice de solubilidad .............................................. 49 Cambios en la gelatinización debido a la inclusión de iones .......................... 50 Análisis de viscosidad aparente .................................................................... 52 Caracterización por difracción de rayos x ...................................................... 54 Efecto de la adición de iones sobre la morfología .......................................... 56 Degradación térmica ..................................................................................... 58

4. Análisis comparativo ............................................................................................. 61 Análisis comparativo del almidón de papa y plátano adicionado con iones de

Mg2+ 61 Comparando el poder de hinchamiento e índice de solubilidad ..................... 61 Comparando la gelatinización ....................................................................... 62 Comparando la viscosidad aparente ............................................................. 63 Comparando los cambios de estructura por de difracción de rayos X ........... 65 Comparando los cambios en la morfología por SEM ..................................... 66 Comparando la degradación térmica ............................................................. 67

5. Conclusiones y recomendaciones ....................................................................... 69 Conclusiones .................................................................................................... 69 Recomendaciones ............................................................................................ 70

6. Divulgacion de los resultados obtenidos ............................................................. 73

7. Anexos: .................................................................................................................. 75 Termogramas DSC de almidones modificados con iones de Mg2+ .................... 75 Comparación de las propiedades fisicoquímicas de la adición de iones de Ca2+ y

K+ sobre el almidón de papa y plátano. ....................................................................... 76

Bibliografía .................................................................................................................... 81

Contenido XV

Lista de figuras

Pág.

Figura 1-1: Organización de las cadenas de amilosa y amilopecina. ............................. 14

Figura 1-2: Imágenes SEM de diferentes fuentes de almidones. ................................... 15

Figura 1-3: Organización lamelar del almidón................................................................ 16

Figura 3-1: Micrografías SEM de almidones nativos de papa y plátano. ........................ 30

Figura 3-2: Esquema de la gelatinización del almidón. .................................................. 31

Figura 3-3: Termograma DSC de almidones nativos de papa y plátano. ....................... 32

Figura 3-4: Difractogramas de almidones ricos en amilosa y amilopectina y almidones

nativos de papa y plátano. .............................................................................................. 33

Figura 3-5: Termogramas TGA y DTGA de almidones nativos de papa y plátano. ........ 35

Figura 3-6: Poder de hinchamiento e índice de solubilidad del almidón de plátano

adicionado con iones de K+, Ca2+ y Mg2+. ....................................................................... 37

Figura 3-7: Temperatura inicial T0 y pico de gelatinización del almidón de plátano

gelatinizado con iones de K+, Ca2+ y Mg2+. ..................................................................... 38

Figura 3-8: Perfil de viscosidad del almidón de plátano con iones de K+, Ca2+ y Mg2+. .. 41

Figura 3-9: Difractogramas de a) almidón de plátano, b), c) y d) almidón de plátano

adicionado con iones de K+, Ca2+ y Mg2+ respectivamente. ............................................ 43

Figura 3-10: Micrografías SEM de almidón de plátano gelatinizado con agua y

adicionado con 0.10 y 0.30M de iones de K+, Ca2+ y Mg2+. ............................................. 45

Figura 3-11: Termogramas TGA de almidón de plátano gelatinizado con agua y


Figura 3-12: Poder de hinchamiento e índice de solubilidad del almidón de papa


Figura 3-13: Temperatura inicial T0 y pico Tp de gelatinización del almidón de papa con

iones de K+, Ca2+ y Mg2+. ................................................................................................ 51

Figura 3-14: Perfil de viscosidad del almidón de papa modificado con iones de a) K+, b)

Ca2+ y c) Mg2+. ................................................................................................................ 53

Figura 3-15: Difractogramas de almidón de papa nativo (a), y adicionado con iones de K+

(b), Ca2+ (c) y Mg2+ (d). .................................................................................................... 55

Figura 3-16: Micrografías SEM de almidón de papa nativo y adicionado con 0.10 y 0.30M

de iones de K+, Ca2+ y Mg2+. ........................................................................................... 57

Figura 3-17: Termogramas TGA de almidón de papa nativo y adicionado con iones de

K+, Mg2+ y Ca2+. .............................................................................................................. 59

XVI Estudio de las modificaciones fisicoquímicas originadas por la inclusión de


Figura 4-1: Poder de hinchamiento e índice de solubilidad del almidón de papa y plátano

adicionado con iones de Mg2+. ........................................................................................ 62

Figura 4-2: Temperatura inicial (izq.) y pico (der.) de gelatinización del almidón de papa y

plátano con iones de Mg2+. ............................................................................................. 63

Figura 4-3: Perfil de viscosidad del almidón de papa y plátano adicionado con iones de

Mg2+ a 0.10 y 0.30 M. ...................................................................................................... 64

Figura 4-4: Patrones de difracción de almidón de papa y plátano nativo y adicionado con

iones de Mg2+ a 0.10 y 0.30M. ........................................................................................ 65

Figura 4-5: Micrografías SEM de las natillas liofilizadas de almidón de papa y plátano

(muestra control). ............................................................................................................ 66

Figura 4-6: Micrografías SEM de almidón de papa y plátano adicionado con iones de

Mg2+ a 0.10 y 0.30 M. ...................................................................................................... 67

Figura 4-7: Termograma TGA de almidón de papa y plátano nativo y adicionado con

iones de Mg2+ a 0.10 y 0.30M. ........................................................................................ 68

Figura 7-1: Termograma DSC del almidón de plátano adicionado con iones de Mg2+ en el

que se observa el corrimiento a temperaturas mayores efectuado por los iones. ............ 75

Figura 7-2: Termograma DSC del almidón de papa adicionado con iones de Mg2+ en el

que se observa el corrimiento a temperaturas mayores efectuado por los iones. ............ 76

Figura 7-3: Poder de hinchamiento e índice de solubilidad de almidones de papa y

plátano adicionado con iones de K+ y Ca2+. .................................................................... 77

Figura 7-4: Temperaturas inicial T0 y pico Tp de gelatinización de almidón de papa y

plátano adicionado con iones de K+ y Ca2+. .................................................................... 78

Figura 7-5: Viscoamilogramas comparativos de almidón de papa y plátano adicionado

con iones de K+ y Mg2+. ................................................................................................... 79

Contenido XVII

Lista de tablas

Pág.

Tabla 1-1: Contenido (%) de amilosa y amilopectina de diferentes fuentes de almidón. 15

Tabla 1-2: Funcionalidad de diferentes almidones en algunas aplicaciones [1].............. 17

Tabla 3-1: Análisis químico del almidón de plátano y papa (% en base húmeda). ......... 29

Tabla 3-2: Contenido mineral del almidón de plátano y papa (mg/100g). ....................... 29

Introducción

El almidón es un polímero biodegradable, semicristalino compuesto de zonas cristalinas y

amorfas. Su estructura interna se basa en la unión de monómeros de glucosa unidos entre

sí, formando sus dos macromoléculas principales: la amilosa y la amilopectina [1]. El

almidón se encuentra presente en abundantes fuentes botánicas (vegetales, tubérculos,

frutas, cereales), esto lo convierte en un material de fácil acceso, económico y renovable,

posicionándolo como uno de los materiales más usados en la industria alimenticia y no

alimenticia. Sus propiedades fisicoquímicas como su viscosidad, gelatinización,

morfología, estructura, capacidad de hinchamiento, entre otras, varían según la fuente

botánica de la cual se extrae, estas propiedades también van ligadas a la relación de

amilosa y amilopectina que igualmente varía según la fuente botánica [2]. El almidón posee

una capacidad alta para reaccionar con diversos compuestos, debido a que en su

estructura química los residuos de glucosa tienen grupos hidroxilos libres (OH) que facilitan

las reacciones [3].

Este biopolímero es altamente utilizado en la industria ya que confiere propiedades a los

productos que se elaboren, sin embargo, estas propiedades se ven limitadas por la

demanda de las necesidades. Por esta razón se han implementado métodos físicos y

químicos para modificarlo, tales como: disrupción por fuerza mecánica, tratamientos

térmicos, eterificación, esterificación, oxidación, entre otros [1].

Una de las fuentes de almidón más conocidas y utilizadas es la papa. Este tubérculo

proveniente de la familia de las solanáceas, originaria de los Andes, con sus más de 4000

variedades es uno de los cultivos más versátiles debido a sus formas de industrialización,

ya que esta y sus subproductos se utilizan en la industria alimenticia y no alimenticia. Por

otro lado, la papa es una fuente importante de carbohidratos, antioxidantes, fibras,

vitaminas y minerales y una fuente importante de almidón, ya que constituye

aproximadamente 82% de su materia seca. Este almidón presenta buenas propiedades

funcionales, lo que lo ha posicionado como una muy buena opción para la industria [4], [5].

2 Introducción

El plátano, proveniente de la familia de las musáceas, es una de las frutas más consumidas

en el mundo. En su estado inmaduro es una buena fuente de almidón, ya que constituye

cerca de 76% de su materia seca [6]. En Colombia se producen anualmente cerca de

900.000 toneladas de plátano y 3 millones de toneladas de papa, convirtiéndolos en unos

de los cultivos más importantes para la economía local [7]. La alta producción de estos

permite un fácil acceso para obtener su almidón.

Una de las modificaciones utilizadas para mejorar las propiedades es agregar minerales a

la matriz polimérica del almidón, para estudiar la interacción de sus iones con este, ya que

esta interacción puede variar según la fuente botánica. El ser humano necesita una ingesta

alta de minerales vitales como potasio, calcio y magnesio, que ayudan a prevenir

enfermedades [8]. La inclusión de iones minerales puede mejorar las propiedades

nutracéuticas del almidón, ya que estos cumplen un papel fundamental en el

funcionamiento del cuerpo humano, siendo estos los encargados de controlar los procesos

metabólicos y de regular el balance iónico de las células [9], [10]. Existen varios reportes

de esta modificación en almidón de maíz [11], sin embargo, es muy limitada la información

sobre esta modificación en almidones de papa y plátano.

Debido a lo anterior la papa y el plátano son una buena opción como fuentes de almidón,

y este estudio resulta de utilidad científica ya que aporta conocimiento para aprovechar

nuevas fuentes. En este estudio se busca determinar cómo se ven modificadas las

propiedades del almidón tales como gelatinización, degradación térmica, viscosidad,

capacidad de hinchamiento y solubilidad en agua del almidón de papa y plátano debido a

la inclusión de iones minerales de K+, Ca2+ y Mg2+. De igual manera se espera determinar

cuáles son los factores que afectan la inclusión, tales como carga, tamaño y peso del ion

entre otros.

Esta investigación está constituida de tal forma que en este texto se podrá encontrar de

una forma secuencial los resultados obtenidos. En el capítulo 1 se hace un breve estado

de arte, acompañado de un corto marco teórico orientado a delimitar el tema objeto de

estudio. En el capítulo 2, se presenta el desarrollo experimental que explica técnicas y

procedimientos usados en la producción de muestras y su caracterización. El capítulo 3

presenta la primera parte de los resultados en lo relacionado con la caracterización

Introducción 3

fisicoquímica de los almidones sin modificar (nativos) de papa y plátano, seguido del

análisis de la influencia de los tres iones sobre el almidón de plátano y el almidón de papa

por separado. En el capítulo 4 se presenta un análisis comparativo del efecto de los iones

de Mg2+ sobre cada una de las fuentes de almidón. Finalmente se presentan en el capítulo

5 las conclusiones y recomendaciones derivadas de este trabajo de investigación.

Formulación del problema de investigación

En vista de las potenciales aplicaciones que puede tener el almidón, y de los pocos

reportes en estudios que se han realizado del tema en nuestro país, este proyecto pretende

abordar la investigación relacionada con los cambios fisicoquímicos originados en el

almidón de papa y plátano, al agregar iones metálicos durante el proceso de gelatinización.

Sabiendo que los minerales adicionados al almidón producen redes de entrecruzamiento

que favorecen las propiedades funcionales, resulta de interés estudiar si pueden ser útiles

para aplicaciones diferentes a la industria de alimentos. En tal sentido se propone este

proyecto para responder las siguientes preguntas de investigación:

¿Cómo cambian propiedades tales como viscosidad, degradación, gelatinización,

estructura, microestructura, solubilidad y el poder de hinchamiento del almidón de papa y

plátano con la adición de iones de Ca2+, Mg2+ y K+?

¿Qué efecto tiene la fuente botánica sobre la inclusión de iones en la matriz polimérica del

almidón?

Justificación

La agricultura en Colombia se basa principalmente en el cultivo de productos como papa,

yuca, plátano, maíz y arroz [12], puesto que son la principal fuente de carbohidratos de los

colombianos debido a su alto contenido de almidón. El almidón es un biopolímero, y

representa la principal reserva energética presente en la mayoría de los tubérculos,

vegetales, frutas y cereales.

En Colombia hay diversas fuentes de almidón que pueden ser potencialmente usadas

según sus características, dadas por la relación amilosa/amilopectina [13]. Este

biopolímero tiene uso en la industria como edulcorante, adhesivo, absorbente, diluyente,

conservante, y como aglutinante, entre otros [14]. Por su gran versatilidad, surge la

necesidad de explorar nuevas formas de aprovechar este recurso. Una de estas es realizar

modificaciones a su estructura para determinar diferentes aplicaciones que puedan

contribuir al desarrollo industrial y tecnológico.

Con el objetivo de diversificar aún más las aplicaciones del almidón y mejorar su valor

como materia prima, este estudio pretende analizar cómo se ven afectadas las

propiedades fisicoquímicas de los almidones de papa y plátano al adicionarles iones

metálicos por medio de sales minerales. La modificación con sales es viable porque no

requiere reactivos de alto costo ni equipos muy sofisticados, lo que sería limitante en la

investigación. Se ha reportado que los almidones modificados proporcionan una mayor

viscosidad, textura más suave, y son más resistentes a las condiciones de procesamiento

[15].

Al agregar iones metálicos al almidón no solo ocurren cambios en sus propiedades

fisicoquímicas, sino también su enriquecimiento desde el punto de vista nutrimental. Como

se encuentra reportado, elementos minerales tales como Ca2+, K+ y Mg2+ son esenciales

8 Introducción

para el correcto desarrollo de los procesos del organismo y de la vida, dado que en el

cuerpo humano llevan a cabo el control de los procesos metabólicos y la regulación del

equilibrio iónico de las células, además de ayudar a prevenir enfermedades [10].

Uno de los factores que puede afectar la inclusión de los iones en la matriz polimérica del

almidón es la interacción electrostática, ya que, por la naturaleza electronegativa del

almidón, los aniones tienden a repeler los grupos OH- de este. Sin embargo, los cationes

se sienten atraídos por los grupos OH- del almidón [16]. Para obtener alta calidad en los

resultados se escogieron iones con carga positiva que, basados en la anterior afirmación,

puedan tener una mejor reacción con el almidón, tales como Mg2+ y Ca2+, que son

divalentes debido a que pueden donar dos electrones, y K+ que es monovalente, ya que

puede donar un electrón.

En el presente estudio se realizará un análisis detallado de diferentes propiedades, con el

fin de, a futuro, determinar aplicaciones potenciales. Debido a la gran cantidad de

productos con alto contenido de almidón que se cultivan en Colombia, existe potencial para

aprovechar este recurso y aportar a la investigación sobre el tema, ya que son pocos los

estudios documentados que se han llevado a cabo en nuestro país. En contraste, en países

como México, Estados Unidos, India y China, el almidón es altamente estudiado,

especialmente con fines de uso en la industria.

La caracterización de un nuevo material es muy importante debido a que si se conocen

detalladamente sus propiedades físicas y químicas se pueden determinar nuevas

aplicaciones lo que le da a esta investigación un interés científico, tecnológico y social.

La Universidad Nacional de Colombia hace esfuerzos por fomentar la investigación a nivel

de ciencias básicas y aplicadas. Cuenta con personal capacitado y con equipos

especializados que hacen viable cumplir con los objetivos propuestos en este trabajo.

Objetivos

Objetivo general

Evaluar las propiedades fisicoquímicas del almidón de papa y plátano al ser modificados

con sales minerales de calcio, potasio y magnesio, y sus potenciales aplicaciones en la

industria.

Objetivos específicos

Evaluar las propiedades físico-químicas de los almidones de papa y plátano sin

modificación para ser tomados como referencias, así como del modificado.

Evaluar las características termodinámicas en la degradación y gelatinización del

almidón con diferentes concentraciones de iones.

Determinar los cambios estructurales y micro-estructurales que se originan en la

matriz polimérica del almidón debido a la inclusión de iones.

Determinar el efecto de la inclusión de iones de sales sobre la calidad de los

almidones de papa y plátano midiendo el índice de solubilidad en agua (ISA),

viscosidad y poder de hinchamiento (PH).

1. Revisión del estado del arte y marco teórico

Revisión del estado del arte

A partir de la década de 1990 varios investigadores se han encargado de caracterizar el

almidón por medio de diferentes técnicas. La mayoría de ellos ha trabajado con almidón

de maíz. El almidón es el único entre los carbohidratos que ocurren en la naturaleza en

forma de gránulos constituidos por regiones amorfas y semicristalinas. Además, con estos

estudios se reconoció la gran importancia que tiene la organización física de estos gránulos

en su funcionalidad y por tanto en el comportamiento de los productos alimenticios con

formulaciones ricas en almidón [1].

El almidón ha sido objeto de estudio en numerosas investigaciones, y en muchas de ellas

se han evaluado sus propiedades fisicoquímicas de acuerdo a la fuente natural de la que

es obtenido. En trabajos más recientes se ha estudiado como se ven modificadas estas

propiedades con la inclusión de diferentes iones.

En el año 2005, Vilwock, V.K y BeMiller, J.N, estudiaron cual era el efecto de diferentes

sales con almidón de maíz normal. Ellos realizaron reacciones de hidroxipropilación para

incluir tres tipos de sales, acompañados de la adición de óxido de propileno, calentado

estas mezclas en un baño térmico sin llegar a su temperatura de gelatinización (49°C).

Ellos afirman que para el caso del almidón de maíz los aniones promueven la

gelatinización, y en contraste, los cationes limitan la gelatinización. Ellos sugieren que esto

se debe tanto al potencial de Donnan como a efectos liotropicos (series de Hofmeister)

[17].

También han sido estudiados como se ven afectadas las propiedades de pasting en el

almidón de yuca en presencia de diferentes sales, ácidos y agentes oxidantes. Estas

diferentes sales fueron agregadas como medio plastificante para medir su viscosidad. En

12 Estudio de las modificaciones fisicoquímicas originadas por la inclusión de


el estudio realizado por Jyothi et al. 2005 obtuvieron disminución en la viscosidad en

presencia de cloruro de sodio, y algunos agentes ácidos mejoraron la claridad de la pasta.

Afirmando que los efectos además de depender del tipo del almidón dependen también de

la naturaleza de la sal, y que es muy importante estudiar este tipo de interacciones, puesto

que en la industria alimenticia los almidones siempre son usados acompañados de otros

compuestos como sales, ácidos, surfactantes o lípidos, que pueden afectar sus

propiedades funcionales [18].

En el 2009 Zhu, W.X et al. Estudiaron cual era el efecto de diferentes sales monovalentes

en el hinchamiento de los gránulos del almidón de trigo. Por su parte ellos encontraron que

cuando las sales eran cloros el hinchamiento y por tanto la gelatinización sufría un

corrimiento a mayores temperaturas, pero solo a concentraciones bajas, puesto que para

concentraciones altas el efecto era contrario. En contraste las sales de nitratos provocaban

un efecto protector para todas las concentraciones. Se encontró que estos aniones que

estudiaron concuerdan con el orden en las series de Hofmeister [19].

La adición de sales minerales también puede mejorar las propiedades mecánicas, como

lo mostraron Abbott et al. 2012, quienes modificaron el almidón de maíz con sal de amonio

cuaternario, produciendo plásticos con propiedades mecánicas similares a las de los

plásticos provenientes del petróleo, pero con mayor biodegradabilidad [21].

Chuang et al. Realizaron pruebas de gelatinización de almidón de papa con cloruro de

calcio [22] y cloruro de sodio [23], y encontraron que esta sal junto con variaciones en la

humedad afectó la temperatura de gelatinización del almidón, lo que pudo lograr un

almidón con mayor resistencia a la temperatura [23].

Pietrzyk et al. 2012 [20], investigaron la influencia de iones de cobre en almidones de papa

nativo y oxidado, por medio de la evaluación de propiedades de pasting, propiedades

termodinámicas, distribución de peso molecular e índice de absorción de agua, y se

detectaron cambios en la viscosidad, susceptibilidad a la degradación, capacidad de

retención de agua y la solubilidad. Más adelante en el año 2015, los mismos autores

estudiaron el efecto de la formación de complejos de almidón de maíz oxidado con

elementos minerales sobre las propiedades fisicoquímicas [9], y encontraron que al

Capítulo 1 13

oxidarlo con NaClO (hipoclorito de sodio) y agregarle diferentes iones metálicos, se

presentaron cambios significativos en la viscosidad intrínseca, y los índices de absorción

y solubilidad en agua.

Posteriormente García-Díaz et al. 2016 [24] investigó cuales son los efectos del tratamiento

con CaCO3 en la morfología, cristalinidad, reología y la hidrólisis de dispersiones de

almidón de maíz gelatinizado. En los resultados se pudo observar que el CaCO3 cambio

la morfología del granulo de almidón y disminuyó el grado de sinéresis, al analizar el

tamaño de partícula se observaron mayores cambios disminuyendo el tamaño para

mayores concentraciones y en los patrones de rayos-X indicaron que la cristalinidad es

mínima para la concentración de 1.0% w/w.

Wang et al. 2017 [25] menciona que, en su forma nativa, el almidón tiene un número

limitado de usos, principalmente como espesante o aglutinante. Tras el calentamiento en

agua, las hélices dentro de la amilopectina del almidón se funden y el gránulo comienza a

hincharse, aumentando la viscosidad de la solución. Además, el calentamiento y la

agitación conducen a la desintegración de la estructura del gránulo y la solubilización del

almidón. Al modificar los almidones se logra mejorar las propiedades de este, haciéndolo

tolerante a bajas y altas temperaturas y a altos y bajos niveles de pH, lo que lo hace un

material óptimo para múltiples aplicaciones.

Las modificaciones que se encuentran reportadas para el almidón se han enfocado a

almidones de maíz, y algunas al almidón de papa. Sin embargo, no se encuentran reportes

relacionados con modificaciones con iones en el almidón de plátano. Es importante

determinar cómo cambian las propiedades fisicoquímicas de dichos almidones al agregar

iones de potasio, calcio y magnesio, para determinar posibles aplicaciones en la industria,

y de esta forma aprovechar el fácil acceso a este recurso tan útil y abundante. Como se

sabe, las propiedades del almidón también dependen de la fuente botánica y de las

características medio-ambientales del terreno de cultivo, por esta razón estudiar este

material siempre es un campo abierto para la investigación.



Marco teórico

El almidón

El almidón es un polímero que se configura en gránulos semicristalinos, alternando zonas

cristalinas y amorfas. Su estructura molecular se basa en la unión de moléculas de glucosa

que están unidas entre ellas mediante enlaces α-D-(1-4) y/o α-D-(1-6), que forman sus dos

macromoléculas principales: la amilosa, polímero lineal con grado de polimerización de

100 a 1000 unidades de glucosa y la amilopectina, un polímero ramificado con grado de

polimerización de aproximadamente 40.000 unidades de glucosa (Figura 1-1). El almidón

es el único entre los carbohidratos que ocurren en la naturaleza en forma de gránulos

constituidos por regiones amorfas y semicristalinas [16].

Figura 1-1: Organización de las cadenas de amilosa y amilopecina.

La relación de amilosa y amilopectina está determinada desde la biosíntesis según la

fuente botánica de origen. Esta relación determina las propiedades fisicoquímicas del

almidón. En la Tabla 1-1 se encuentran algunas fuentes de almidón con sus respectivos

contenidos aproximados de amilosa y amilopectina.

Capítulo 1 15

Tabla 1-1: Contenido (%) de amilosa y amilopectina de diferentes fuentes de almidón.

Fuente ~Amilosa (%) ~Amilopectina (%)

Maíz 22.5 77.5

Arroz 20.5 79.5

Trigo 25.8 74.2

Yuca 17.8 82.2

Papa 16.9 83.1

La morfología de los gránulos de almidón varía según la fuente botánica. Sus tamaños van

desde 2 hasta 100 μm y las formas más comunes en las cuales se presentan son,

esféricas, ovaladas, poliédricas, lenticulares. etc. La forma y tamaño en la cual se sintetiza

el almidón es una característica clave para determinar la fuente de origen, además es un

factor que afecta sus propiedades funcionales como son: poder de hinchamiento, índice

de solubilidad, viscosidad, gelatinización, degradación térmica, entre otras. La Figura 1-2

muestra algunas micrografías SEM de almidones de diferentes fuentes botánicas; en estas

micrografías se puede apreciar que los gránulos de almidón se encuentran protegidos por

una delgada capa conocida como matriz proteica [16].

Figura 1-2: Imágenes SEM de diferentes fuentes de almidones.

Tomada de Pineda-Gómez 2012 [16].



Algunas herramientas de microscopia han dado evidencia de que los gránulos de almidón

se encuentran formados por anillos concéntricos los cuales son denominados anillos de

crecimiento. En la Figura 1-3 se encuentra un modelo explicativo de la distribución de estos

anillos en el granulo de almidón además de un esquema que representa como se

encuentra organizada esta distribución.

Figura 1-3: Organización lamelar del almidón.

Los anillos concéntricos están formados por bloques alternantes de lamelas amorfas y

cristalinas sugiriendo una vía de biosíntesis altamente organizada [26], como se muestra

en la Figura 1-3. Las lamelas cristalinas del almidón nativo son atribuidas a las fracciones

de cadenas cortas de amilopectina, llamadas ramificaciones A y B1 [27]. Las

ramificaciones A son las fracciones más cortas y más externas de la amilopectina y se

unen a las cadenas ligeramente más largas B1 por medio de enlaces glucosídicos α-D-(1-

6). Estas organizaciones de enlaces A-B1 permiten la formación de hélices dobles, que se

estabilizan por puentes de hidrógeno y enlaces Van der Waals dentro de pequeños

clusters, dando origen a una estructura semicristalina. Los clusters están empaquetados

dentro de las lamelas separados por capas amorfas, compuestas por las fracciones de

cadenas más largas de amilopectina y las regiones de enlace glucosídico α-D-(1-6).

El almidón de papa posee un alto nivel de grupos fosfatos que, acompañado del gran

tamaño de los gránulos, dan al almidón de papa un muy alto poder de hinchamiento. El

maíz o almidón de maíz representa más del 80% del mercado mundial de almidón, y la

Capítulo 1 17

mayor parte se produce en EE.UU. Europa es el mayor productor de trigo y almidones de

papa, mientras que la yuca o tapioca se produce principalmente en Asia. Otros almidones,

tales como los del arroz y la patata dulce, representan sólo una parte menor del total [25].

En la tabla 1 se puede apreciar las preferencias de los diferentes almidones para usos en

algunas aplicaciones también se puede inferir que no todos los almidones sirven para todos

los usos, esto debido que según la fuente sus propiedades físicas y químicas se ven

afectadas, también se observa que el almidón de papa tiene un desempeño superior por

encima de los otros almidones.

En la Tabla 1-2 se puede apreciar las preferencias de los diferentes almidones para usos

en algunas aplicaciones también se puede inferir que no todos los almidones sirven para

todos los usos, esto debido que según la fuente sus propiedades físicas y químicas se ven

afectadas, de igual forma se observa que el almidón de papa tiene un desempeño superior

por encima de los otros almidones.

El almidón de papa posee gránulos grandes los cuales se hinchan y se solubilizan más

fácilmente que las de los almidones de cereales. Los almidones de papa producen pastas

de alta viscosidad y un aspecto granulado sutil, baja claridad de pasta y baja tendencia a

la retrogradación [28].

Tabla 1-2: Funcionalidad de diferentes almidones en algunas aplicaciones [1]

Aplicación Papa Maíz Trigo Yuca Maíz waxy

Comida +++ + + ++ ++

Papel +++ ++ + +++ +++

Adhesivos +++ ++ + ++ ++

Textiles ++ ++ ++ +++ ++

[+++] Particularmente adecuado

[++] Adecuado

[+] Menos adecuado

Tomado de: C. M. Lewandowski (2015), Starch Chemistry and Technology. 3rd Edition.



Al contrario de esto el almidón de plátano no es muy estudiado primero porque no es una

fruta conocida universalmente y segundo porque su relación de la cantidad de glucosa y

almidón está ligada con el estado de maduración lo cual limita y hace complejo su estudio.

El plátano se cultiva extensivamente en las regiones tropicales y subtropicales y son un

importante cultivo alimenticio. En nuestro país se consumen, ya sea cuando el producto

está maduro, o en su estado inmaduro en el cual tiene una concentración más alta de

almidón. En los "Los Andes" región de origen, se cocina y se seca el plátano verde para

posteriormente producir una harina, que tiene un 88,6% de contenido de almidón, es alta

en calorías y nutrientes y es muy agradable al paladar. El contenido de almidón del plátano

verde con piel es de aproximadamente 36,6% (base húmeda; 60,2% de humedad). Por

otra parte, las propiedades de almidón de plátano son similares a almidón de maíz por lo

que podría ser utilizado en diferentes industrias como: medicamentos, textiles, papel, y el

aceite [29].

La gelatinización

Por su tamaño y complejidad, el gránulo de almidón crudo no es digerible por el organismo

humano debido a su estructura semicristalina, por lo cual se deben utilizar procesos calor–

humedad para transformarlo. La gelatinización es quizá la transición más importante del

almidón. Es una transición de orden–desorden que sufren los polímeros de almidón

sometidos a procesos de calentamiento lo que tiene gran impacto en el procesamiento,

calidad y estabilidad de los productos basados en almidón [13], [30].

Durante la gelatinización ocurren cambios irreversibles que provocan el hinchamiento y

disrupción del gránulo con una pérdida de cristalinidad. Los cambios que ocurren en la

transición están influenciados por factores internos como el tipo de almidón y el tamaño de

los gránulos, y por factores externos, como la velocidad de calentamiento, el contenido de

humedad, el daño mecánico de los gránulos y las condiciones de extracción del almidón,

entre otras. Para la transición se requiere un porcentaje de agua mayor al 30% y una

temperatura entre 60 y 75°C, valor que depende de la fuente de origen del almidón.

Durante el proceso, las moléculas de almidón vibran rompiendo los puentes de hidrógeno

intermoleculares de las zonas amorfas de los gránulos, lo que provoca el hinchamiento por

una absorción progresiva e irreversible de agua que finalmente se liga a la estructura. Una

Capítulo 1 19

vez la parte amorfa del gránulo se ha hidratado completamente, la parte cristalina inicia un

proceso similar, disminuyendo el número y tamaño de las regiones ordenadas. Se estima

que un gránulo gelatinizado ha perdido tanto orden de corto alcance (a nivel molecular)

como de largo alcance (cristalinidad) [31].

Transformaciones del almidón

En su forma nativa, el almidón tiene un uso más limitado, principalmente como espesante

o aglutinante. Tras el calentamiento en agua, las hélices dentro de la amilopectina del

almidón se funden y el gránulo comienza a hincharse, aumentando la viscosidad de la

solución. Además, el calentamiento y la agitación conducen a la desintegración de la

estructura del gránulo y la solubilización del almidón. Al modificar los almidones se logra

mejorar las propiedades de este, haciéndolo tolerante a bajas y altas temperaturas y a

altos y bajos niveles de pH, lo que lo hace un material óptimo para múltiples aplicaciones

[32].

El almidón tiene una estructura química que le da una capacidad alta para reaccionar con

diversos compuestos, debido a que en su estructura los residuos de glucosa tienen grupos

hidroxilos libres. Al modificar el almidón agregándole iones minerales los resultados serían

benéficos dado que se potencializan sus propiedades físicas y químicas lo que lo convierte

en una opción favorable para diversas aplicaciones en la industria. Se ha reportado que al

agregar potasio, hierro y magnesio al almidón aumenta considerablemente su viscosidad,

solubilidad y capacidad de unión con agua [33].

Los elementos minerales son esenciales para el correcto desarrollo de los procesos del

organismo, son los encargados de controlar los procesos metabólicos, regular el balance

iónico de las células y llevar a cabo los procesos de construcción en el cuerpo. Al modificar

el almidón agregándole iones minerales los resultados serían benéficos dado que se

potencializan sus propiedades físicas y químicas lo que conlleva a la búsqueda de nuevas

aplicaciones [33]. La adición de minerales al almidón se hace por medio de sales neutras

las cuales producen cambios en el proceso de gelatinización.

Cloruro de Potasio (KCl)



El compuesto químico cloruro de potasio es un haluro metálico compuesto de potasio y

cloro. En su estado puro es inodoro. Se presenta como un cristal vítreo de blanco a

incoloro, con una estructura cristalina cúbica centrada en las caras que se fractura

fácilmente en tres direcciones. Se presenta naturalmente como el mineral silvita y en

combinación con cloruro de sodio como silvinita [34].

Cloruro de Calcio (CaCl2) El Cloruro de Calcio o cloruro cálcico es un compuesto químico, inorgánico, mineral

utilizado como medicamento en enfermedades o afecciones ligadas al exceso o deficiencia

de calcio en el organismo. Es una solución incolora. Se presenta en forma líquida en una

concentración del 35% aproximadamente. El cloruro de calcio puede dar una fuente de

iones de calcio en una solución, por ejemplo, por precipitación porque muchos compuestos

con el calcio son insolubles, por esa razón se utiliza como coagulante en algunos tipos de

tratamientos de aguas residuales [34].

Cloruro de Magnesio (MgCl2) El cloruro de magnesio, de fórmula MgCl2 es un compuesto mineral iónico a base de cloro,

cargado negativamente, y magnesio, cargado positivamente. El hexahidrato, cuando se

calienta, puede experimentar una hidrólisis parcial. El cloruro de magnesio puede extraerse

de salmueras o del agua de mar y es una gran fuente de magnesio, obtenido por

electrólisis. El cloruro de magnesio puede presentarse en forma anhidra, bi-hidratado o

hexahidratado. Este último compuesto se presenta como cristales romboides. Es una sal

que puede hacerse líquida, por lo que tiene afinidad química por el agua, pudiendo

absorber cantidades relativamente altas de agua si se expone a la atmósfera, formando

una solución líquida [34].

2. Desarrollo experimental

Materiales

Extracción de almidones

Para la extracción de los almidones se utilizaron plátano variedad Dominico-Hartón y papa

variedad pastusa, obtenidos en el mercado local de Manizales. El aislamiento de los

almidones de papa y plátano se realizó siguiendo la metodología propuesta por Pineda et

al. 2014 [35], con algunas modificaciones. En breve:

Almidón de papa:

Se pelaron y lavaron las papas y se fraccionaron en cubos de aproximadamente 1 cm3.

Para extraer el almidón se utilizaron métodos físicos que contienen pasos unitarios de

molienda en masa húmeda. Se licuaron los cubos aproximadamente por 1 min y la lechada

resultante se filtró en un tamiz de 180 µm, este paso se repitió 2 veces más y se decantó

la suspensión durante 12 h. Posteriormente se centrifugó a 5000 rpm durante 30 min,

retirando el sobrenadante cada 15 min en una centrífuga Universal 320 (Hettich

zentrifugen). Se procedió a secar en horno convencional a una temperatura de 45°C

durante 8 h cerciorándose de dispersar el almidón de tal forma que no se formaran grumos

y por último se tamizó para obtener los polvos de almidón con tamaño homogéneo según

tamiz 120 US. Las muestras se almacenaron a 4°C hasta sus análisis.

Almidón de plátano:

Se seleccionaron plátanos recién cosechados en estado inmaduro, debido a que en este

estado su contenido de almidón es mayor [36]. Para cerciorarse de lo anterior se determinó

el contenido de solidos solubles, para lo cual se llevó a cabo la medición de grados Brix.

En primer lugar, se tomaron 3 plátanos al azar del racimo, y se maceró una parte



representativa de cada uno de ellos. Este macerado fue analizado usando un refractómetro

Quick-Brix 60 de Mettler-Toledo.

Para la extracción del almidón, primero se removió el centro de los plátanos, en donde se

encuentran las semillas. Posterior a esto se fraccionaron en cubos de aproximadamente 1

cm3, para ser triturados en una procesadora de alimentos por cerca de 20 s, y se dejó

reposar esta mezcla con solución cítrica por 24 h, cambiando el agua cada 6 h para evitar

el pardeamiento. Cumplidas las 24 h se volvió a licuar 20 s y se repitió el proceso del

anterior día; posterior a esto se volvió a licuar la mezcla por aproximadamente 1 min y la

lechada resultante se filtró en un tamiz de 180 µm. El residuo se licuó dos veces más

siguiendo el proceso descrito. Luego esta solución se dejó reposar durante 24 h para

decantar el almidón. Esta pasta se centrifugó a 5000 rpm, durante 15 min, en una

centrífuga Universal 320 (Hettich zentrifugen). Por último, el almidón se secó en un horno

de atmósfera controlada a 45 °C, durante 8 h y se tamizó en malla de 120 US, luego se

almacenó para su posterior análisis.

Preparación de soluciones iónicas

Para la preparación de las soluciones, se usaron sales grado analítico de KCl, MgCl2 y

CaCl2 de Sigma Aldrich. Las soluciones se prepararon usando agua destilada con

concentraciones de 0.05, 0.10, 0.15, 0.20 y 0.30 M y se almacenaron a temperatura

ambiente hasta su uso. Los cationes de potasio, calcio y magnesio (K+, Mg2+ y Ca2+)

quedan disponibles en la solución para las interacciones con el almidón.

Caracterización de los materiales

Análisis químico

Se obtuvo un análisis químico proximal, así como el contenido mineral de las muestras

(almidones de papa y plátano). El contenido de humedad se determinó de acuerdo con el

método oficial 930.15 de la AOAC. También se determinaron materia seca (AOAC 930.15),

proteína (AOAC 920.123), grasa (AOAC 920.39), fibra (AOAC 962.09) y ceniza (AOAC

942.05). El contenido de amilosa en los almidones nativos fue determinado usando el kit

Megazyme Starch Assay (AOAC 996.11) [17]. El contenido de sodio, hierro, calcio,

Capítulo 2 23

magnesio y potasio se determinó mediante espectrometría de absorción atómica. Se usó

espectroscopia UV-Vis para determinar la concentración de fósforo, las muestras se

midieron por triplicado.

Poder de hinchamiento e índice de solubilidad

El índice de solubilidad (IS) y el poder de hinchamiento (PH) se determinaron de acuerdo

con la metodología descrita por García-Salcedo et al. 2018 [37], variando algunos

parámetros. Se pesó 1.0 g de muestra de almidón en base seca en tubos de 50 ml de

capacidad. Se añadieron 16 ml de solución al tubo y se dejó en un baño termostatado a

50°C, con agitación cada 5 minutos durante 30 minutos. Después de este tiempo, los tubos

se secaron y se centrifugaron a 3000 rpm durante 10 minutos. El sobrenadante se separó

cuidadosamente en vasos de precipitado previamente tarados para evaporar en el horno

hasta que se alcanzó un peso constante. Finalmente, el residuo de evaporación se pesó.

Los índices se determinaron usando las ecuaciones (1) y (2).

𝐼𝑆(%) =𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎∗ 100 (1)

𝑃𝐻 =𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑎𝑐𝑖ó𝑛

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 − 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (2)

Análisis calorimétrico por DSC

La gelatinización de los almidones de papa y plátano aislado se midió in-situ con las

diferentes soluciones. Se utilizó un calorímetro diferencial de barrido modelo DSC Q100

(TA Instruments, EE. UU.). El equipo fue calibrado con indio (In) bajo una atmósfera de

nitrógeno de ultra alta pureza. Para la preparación de las muestras, se prepararon 6.0±0.1

mg en una cápsula de aluminio mezclando almidón y cada una de las soluciones en una

proporción de 1:4 W/W (almidón / solución) equivalente a una humedad del 80%. Se usó

una microjeringa para determinar la cantidad de solución. Cada cápsula se selló y se dejó

reposar durante 30 min a temperatura ambiente (20-25°C). Las muestras se sometieron a

rampas de temperatura entre 30 y 120°C con una velocidad de calentamiento de 5°C/min,

usando una cápsula vacía como referencia. La transición de gelatinización se analizó

utilizando el termograma y se determinaron los siguientes parámetros: temperatura de



inicio (Ti), temperatura pico (Tp), temperatura final (Tf) y entalpía (H). Los parámetros se

determinaron usando el software Universal Analysis 2000 TA.

Análisis de viscosidad aparente

Se midieron los perfiles de viscosidad de suspensiones de almidón de papa y plátano en

agua (muestra control), así como con las soluciones a diferentes concentraciones de iones

de K+, Ca2+ y Mg 2+ (0.05, 0.10, 0.15, 0.20 y 0.30 M) en un reómetro modelo MCR 102

(Anton Par, St Albans, United Kingdom) con celda de almidones. Se utilizó la metodología

propuesta por Rincón-Londoño et al. 2016 [38], [39] con algunas modificaciones. La

preparación de la muestra se hizo mezclando 2.5 g de almidón y 18.5 ml de cada solución,

obteniendo una mezcla diluida de 88.09% de humedad. La mezcla se sometió a un proceso

de calentamiento y enfriamiento aplicando agitación simultánea con un impeler a 193 rpm.

Se utilizó el siguiente perfil de temperatura: primero, la muestra se estabilizó a 50°C

durante 1 min, se calentó de 50°C a 90°C a 7.5°C/min, manteniendo una isoterma a 90°C

durante 5.3 min y luego se enfrió a 50°C a la misma velocidad de calentamiento. Este

calentamiento se aplicó junto con la agitación constante para causar estrés de

cizallamiento en la muestra. El impeler compensa el torque de acuerdo con la resistencia

opuesta por la muestra, que varía de acuerdo con el cambio en la viscosidad, y esto se

interpreta como la viscosidad aparente. Inmediatamente después de la medición, las

diferentes natillas obtenidas se congelaron con CO2, y se liofilizaron durante 48 horas.

Estas muestras se convirtieron en polvo mediante molienda y se tamizaron a través de una

malla US 60 y se almacenaron para sus posteriores análisis.

Caracterización por difracción de rayos X

La muestra de almidón aislado, así como las natillas liofilizadas que incluyen almidón de

plátano y papa aislado (muestra de control), y almidón de plátano y papa aislado añadido

con iones de K+, Ca2+ y Mg2+, se molieron en un polvo fino y se pasaron a través de un

tamiz de 250 μm. Los patrones de difracción de rayos X se obtuvieron en un difractómetro

(Rigaku, Ultima IV) con un detector D/tex ultra, operando a 35 kV y 15 mA, con una longitud

de onda de radiación CuKα=0.15406 nm, y de 5 a 70° en una escala de 2θ con un tamaño

de paso de 0.02°.

Capítulo 2 25

Caracterización de la muestra por SEM

Se utilizó un microscopio electrónico de barrido de bajo vacío JEOL JSM 5910 LV, con

voltaje de aceleración de electrones de 15.0 kV para determinar la morfología de los polvos

de las natillas liofilizadas de almidones de papa y plátano aislado, y almidones adicionados

con iones de K+, Ca2+ y Mg2+ a diferentes concentraciones, los cuales fueron obtenidos del

análisis de viscosidad. Antes del análisis, las muestras se fijaron a una muestra de cobre

sujeta a una cinta adhesiva de carbono. Se depositó una capa de oro por sputtering sobre

la superficie de las muestras para hacerlas conductoras.

Degradación térmica

Tanto el almidón nativo como las natillas liofilizadas resultantes del análisis de viscosidad

se estudiaron térmicamente. Las muestras en polvo se sometieron a un análisis

termogravimétrico (TGA) usando un equipo TGA Q500 de TA Instruments. La calibración

de temperatura se realizó con un patrón de níquel a partir de su temperatura de Curie. Se

mantuvo una muestra seca de geles liofilizados de 7.2±0.5 mg en una bandeja de platino

durante la rampa de calentamiento, a una velocidad de 10°C/min desde la temperatura

ambiente hasta 800°C. Se utilizó atmósfera de nitrógeno con un flujo de 60 ml/min. Se

obtuvieron curvas de pérdida de peso versus temperatura (TGA) y su perfil derivado

(DTGA). Los análisis de datos se llevaron a cabo utilizando el software Universal Analysis

2000 TA.

3. Resultados y discusión

Para tener un mejor entendimiento de los resultados, se dividió el análisis en tres partes.

Primero se analizaron algunas de las propiedades más importantes de los almidones

nativos de papa y plátano, segundo, se evaluó el efecto de cada uno de los iones sobre el

almidón de plátano, y en la tercera parte se evaluó el efecto de cada uno de los iones sobre

el almidón de papa.

Almidones de papa y plátano sin modificaciones

Extracción de almidones

Almidón de plátano:

El estado de madurez en el plátano es un parámetro muy importante que se debe tener en

cuenta en el momento de extraer el almidón. De este estado depende la cantidad de

almidón presente en el fruto. Durante la maduración ocurre un cambio composicional en el

plátano debido a un proceso metabólico, en el cual el almidón se descompone en azúcares

dentro de la pulpa [40]. Los plátanos utilizados para este estudio mostraron un contenido

de solidos solubles de 3.7 ± 0.2 °Bx. Este valor indica el contenido de sacarosa, fructosa o

glucosa presente en el fruto. Se encuentra reportado que para diferentes variedades, en

un estado de madurez similar (aproximadamente 8 semanas de crecimiento), el plátano

presenta entre 2.9 y 10 °Bx. Entre más bajo sea este valor, el contenido de almidón es

mayor [40]–[42].

Después de pelar y extraer el corazón de los plátanos, esta pulpa se pesó para obtener la

masa inicial de plátano. Posterior a la extracción se pesó la cantidad total de almidón,

obteniendo un rendimiento final de 7.84% con respecto a la pulpa. Para esta variedad, se

han reportado rendimientos de hasta 12%, es decir, se obtuvo un rendimiento

relativamente bajo.



Almidón de papa:

La papa es un cultivo que, después de alcanzar el estado óptimo para cosecha, no

presenta alteraciones significativas en el contenido de materia seca, almidón, proteína,

grasas o azúcares. Es decir, a diferencia del plátano, el tiempo pos-cosecha no afecta el

contenido de almidón del tubérculo desarrollado [43].

Cómo se hizo con el plátano, se pelaron las papas y se pesaron para obtener la masa total

de la pulpa. Después de la extracción se obtuvo un rendimiento final de 10.46% de almidón.

A pesar de tener un mayor rendimiento que el plátano, el valor obtenido es bajo

comparándolo con otras variedades, que dan un rendimiento entre 12 y 15% [43].

Análisis químico

La Tabla 3-1 muestra los valores obtenidos para el análisis químico proximal del almidón

de plátano y papa. Como se puede observar, la composición química de las dos fuentes

es muy similar, presentando pequeñas diferencias en su contenido de proteína, grasa y

cenizas. El almidón de plátano posee mayor contenido de proteína y cenizas, mientras que

el almidón de papa posee una mayor presencia de grasa.

Los resultados obtenidos para el contenido de amilosa de estas dos fuentes de almidón

corresponden a los reportados en la literatura, ya que el almidón de papa se caracteriza

por tener un menor contenido de amilosa que el almidón de otras fuentes (por ejemple el

almidón de plátano). Para diferentes variedades de papa, se han reportado contenidos de

amilosa que van desde 21 hasta 36% [44], [45]. El resultado obtenido (35.62%) se

encuentra dentro del rango reportado para esta fuente. Por otro lado, el almidón de plátano

presentó un contenido de amilosa de 40.03%. A pesar de que el valor obtenido en este

estudio es más alto que el reportado para la misma variedad (32% [6]), para otras

variedades de plátano el contenido de amilosa varía desde 20 hasta 41% [46]. Cabe

destacar que las condiciones de cosecha y la edad de madurez podrían afectar también

estos contenidos [47].

Capítulo 3 29

Analizando la composición mineralógica, estas dos fuentes presentan valores similares

para minerales como sodio, hierro y magnesio. Sin embargo, la mayor diferencia radica en

la cantidad endógena de potasio calcio y fosforo. El almidón de papa presenta mayores

cantidades para estos tres minerales, lo que puede ser un factor muy relevante a la hora

de ver la interacción de los iones con esta fuente. El alto contenido de fósforo presente en

el almidón de papa, acompañado con la mayor cantidad de grasa de este almidón, puede

ser evidencia de la presencia de fosfolípidos, sin embargo, también puede estar

representado como mono ésteres de fosfato. Estos compuestos son responsables de

características propias del almidón de papa [48].

Tabla 3-1: Análisis químico del almidón de plátano y papa (% en base húmeda).

Muestra Humedad Proteína Grasa Cenizas Fibra Amilosa Carbohidratos

Almidón plátano 10.13 1.75 0.15 0.33 0.18 40.03 87.64

Almidón papa 13.66 0.81 0.21 0.06 0.13 35.62 85.13

Tabla 3-2: Contenido mineral del almidón de plátano y papa (mg/100g).

Muestra Sodio Hierro Calcio Magnesio Potasio Fósforo

Almidón plátano 20 1.54 20 20 180 20

Almidón papa 30 1.45 50 20 230 110

Caracterización de morfología por SEM

La bioquímica, así como la fisiología de la planta determinan los diferentes polimorfismos

de los almidones [49], [50]. SEM es una técnica muy usada para determinar cambios

estructurales en los gránulos de almidón. Esta propiedad estructural, llamada morfología,

es una de las propiedades físicas más importantes del almidón, puesto que ayuda a

determinar y predecir cómo será su comportamiento y cuáles son las variaciones que se

presentan entre las diferentes fuentes.

Las micrografías SEM de los almidones nativo de papa y plátano se encuentran en la

Figura 3-1. En estas micrografías se puede apreciar la morfología de los gránulos tanto del

almidón de papa como de plátano. Por un lado, el almidón de papa está compuesto de

gránulos esféricos y un poco ovalados, y varían en tamaños desde 19 hasta 85 μm. En



contraste el almidón de plátano posee gránulos más heterogéneos; algunos son ovalados

y alargados, otros poseen formas lenticulares, y algunas formas esféricas. Los tamaños

varían desde 21 hasta 49 μm. También se puede apreciar que los gránulos de almidón de

papa presentan una superficie lisa mientras que para el plátano la superficie es más

rugosa.

Figura 3-1: Micrografías SEM de almidones nativos de papa y plátano.

Análisis de gelatinización

La gelatinización es una de las transiciones más importantes que sufre el almidón cuando

se somete a un tratamiento hidrotérmico, ya que va desde una estructura semicristalina o

nanocristalina a una estructura amorfa. Esto está relacionado con la alteración del orden

molecular de la amilosa y la amilopectina en el gránulo de almidón. En la Figura 3-2 se

presenta un esquema de esta transición.

En la Figura 3-3 se encuentran los termogramas DSC de los almidones nativos de papa y

plátano, de los cuales se puede medir la temperatura de gelatinización que es una

transición de primer orden, que como se muestra en la gráfica está representada como un

pico endotérmico, en donde el área bajo la curva representa la entalpia que es la energía

Capítulo 3 31

necesaria para llevar a cabo esta transición. La Figura 3-2 muestra los termogramas DSC

de los almidones nativos de papa y plátano. Como se puede ver en la gráfica el almidón

de papa presenta una menor temperatura de gelatinización que el almidón de plátano,

como vimos en el análisis de morfología los gránulos de almidón de papa presentan

tamaños más grandes que los gránulos del almidón de plátano, pero a diferencia de este

los gránulos de papa tienen tamaños y formas más homogéneos, esto facilita el

hinchamiento de los gránulos y la entrada del agua para la disrupción de las cadenas

poliméricas del almidón de papa.

Figura 3-2: Esquema de la gelatinización del almidón.



Figura 3-3: Termograma DSC de almidones nativos de papa y plátano.

Por otro lado, el almidón de papa se caracteriza por tener una baja temperatura de

gelatinización; en varios estudios esto es atribuido a su alto contenido de grupos fosfatos,

que como se mencionó antes, se encuentra en el almidón principalmente representado

como grupos de ésteres de fosfato [51], [52]. Estos ésteres de fosfato se encuentran unidos

a las fracciones de amilopectina por medio de enlaces covalentes [51]. Estos grupos

poseen una carga negativa que generan una repulsión iónica con las moléculas de

almidón, ocasionando un debilitamiento entre la unión de las moléculas, incrementando la

capacidad de ligar agua del almidón de papa, por lo que requiere menor energía para llevar

acabo la gelatinización.

Capítulo 3 33

Caracterización de estructura por difracción de rayos X

Figura 3-4: Difractogramas de almidones ricos en amilosa y amilopectina y almidones nativos de papa y plátano.

El almidón es un biopolímero semicristalino que se compone de zonas cristalinas y

amorfas. Si se analiza desde el punto de vista de cristalinidad, el almidón en su mayoría

se encuentra en estado amorfo. Sin embargo, este biopolímero presenta un patrón de

difracción con picos de baja intensidad, que se han podido identificar por medio del patrón

de difracción de la amilosa [53]. En la actualidad las estructuras propuestas para el almidón

se derivan de los estudios realizados a la amilosa.

En la Figura 3-4 se encuentran los patrones de difracción tanto de almidones nativos de

papa y plátano, así como los de almidones ricos en amilosa y amilopectina. Se puede

observar que los dos almidones nativos de papa y plátano presentan un patrón de

difracción semejante, que corresponde a la contribución de los patrones obtenidos para los

almidones ricos en amilosa y amilopectina. El almidón de plátano por su parte presenta

más semejanza con el patrón obtenido para el almidón rico en amilopectina, mientras que

el almidón de papa presenta más semejanza con el almidón rico en amilosa.




El almidón seco no muestra ninguna transición térmica a menos que se someta a un

proceso de calentamiento en presencia de un plastificante como el agua. Pero si el almidón

seco se calienta a temperaturas superiores a 250°C, este se descompone.

En la Figura 3-5 se encuentran los termogramas TGA y sus respectivas derivadas (DTGA)

de los almidones nativos de papa y plátano Las curvas muestran la existencia de tres

eventos térmicos relacionados con pérdida de masa. En el primer caso, a temperaturas

inferiores a 100°C, tiene lugar la evaporación del agua fisisorbida, para ambos almidones

aproximadamente el 12% de la pérdida de masa representa la humedad de las muestras.

El segundo evento, entre 270 y 350°C aproximadamente, se presentó la pérdida de masa

más relevante 72.44% para el almidón de plátano y 65.99% para el almidón de papa y

corresponde a la degradación del almidón; el material orgánico se descompuso (amilosa,

amilopectina, proteína y lípidos restantes). La delimitación de esta etapa se obtuvo en la

curva de derivada DTG que muestra un pico bien definido (ver grafica inferior), lo que

sugiere que esta degradación se puede incluir como un único mecanismo de

descomposición. Finalmente, gradualmente se produce una lenta pérdida de masa hasta

alcanzar estabilidad térmica a temperaturas superiores a 600°C, y se obtiene el residuo de

6.875% para el almidón de plátano y 5.403% para el almidón de papa (Componentes

inorgánicos del almidón).

Capítulo 3 35

Figura 3-5: Termogramas TGA y DTGA de almidones nativos de papa y plátano.

Modificaciones en el almidón de plátano por adición de iones


El poder de hinchamiento (PH) indica la capacidad que tienen los gránulos de almidón de

ligar agua. Por otro lado, el índice de solubilidad (IS) se refiere a la cantidad de almidón

seco que puede disolverse en agua. Estas características son propiedades funcionales del

almidón, debido a que son indicadores de su calidad y afectan directamente la transición

de gelatinización. Estas mediciones se realizaron usando un tratamiento hidrotérmico a

50°C donde las soluciones iónicas se usaron como medio plastificante. La Figura 3-6

muestra los valores del poder de hinchamiento y el índice de solubilidad del almidón de



plátano en agua y en las soluciones iónicas de potasio K+, magnesio Mg2+ y calcio Ca2+ a

diferentes concentraciones.

Algunos estudios han mostrado que el hinchamiento de los gránulos de almidón en

presencia de sales no solo depende de la concentración, sino también de la temperatura

a la cual es analizado, dado que si se mide el hinchamiento a una sola concentración o a

una sola temperatura no se puede determinar si las sales inhiben o promueven el

hinchamiento [19].

Como se puede ver en la Figura 3-6, la influencia de los iones a esta temperatura fue el de

promover el hinchamiento. Se puede observar que el almidón aislado de plátano tuvo

índices más bajos cuando se realizó la medición solo con agua (muestra control). El

comportamiento de los índices en el gráfico indica una mayor influencia iónica cuando la

concentración de iones de Mg2+, Ca2+ y K+ aumenta, lo que resulta en índices más altos.

El efecto de los iones sobre estos índices obedeció a la siguiente relación Mg2+>Ca2+>K+.

Un efecto más significativo fue causado por los iones de Mg2+ y Ca2+ posiblemente porque

la cantidad endógena que tiene el almidón de plátano de estos dos minerales es más baja

que la del potasio (ver Tabla 3- 2), y esto permite una mejor interacción de los iones

externos. Como se sabe, el hinchamiento es la etapa previa de la gelatinización y el efecto

de la inclusión de iones se reflejará en esta transición, como veremos más adelante con la

técnica DSC.

Capítulo 3 37

Figura 3-6: Poder de hinchamiento e índice de solubilidad del almidón de plátano adicionado con iones de K+, Ca2+ y Mg2+.

Cambios en la gelatinización debido a la inclusión de iones

Inicialmente se analizó el termograma DSC para la gelatinización del almidón de plátano

nativo (ver Figura 3-3) sección 3.1.3. Las muestras de almidón se gelatinizaron in-situ con

la técnica DSC, usando como plastificantes las soluciones iónicas de potasio K+, calcio

Ca2+ y magnesio Mg2+ a diferentes concentraciones. Se usaron las mismas condiciones

experimentales para todas las pruebas. La transición de gelatinización se mostró como un

pico endotérmico. La muestra correspondiente al almidón de plátano nativo gelatinizado

solo con agua (muestra control) tuvo esta transición entre 58 y 68°C. La Figura 3-7

presenta la temperatura inicial (T0) y temperatura pico (Tp) obtenidas cuando se gelatinizó

el almidón con soluciones iónicas de K+, Ca2+ y Mg2+ en concentraciones de 0.0 a 0.30 M.

Los resultados indican que cuando al almidón se le agregó iones de K+, la T0 y la Tp

aumentaron, hasta una concentración de 0.10 M, seguido de una tendencia a la estabilidad

para concentraciones más altas. Esto puede deberse a la alta concentración de potasio

endógeno en la composición del almidón (ver este valor en la Tabla 3-2), que puede

conducir a la saturación en el proceso de inclusión de iones. En contraste, se observó que

estas temperaturas medidas para las soluciones con Mg2+ y Ca2+ presentan un cambio

más significativo a medida que aumentó la concentración de estos iones.



Figura 3-7: Temperatura inicial T0 y pico de gelatinización del almidón de plátano gelatinizado con iones de K+, Ca2+ y Mg2+.

Como se vio en la Figura 3-6, el poder de hinchamiento del almidón de plátano fue mayor

cuando la concentración de iones aumentó. Cabe señalar que esta prueba se llevó a cabo

a 50°C, que es una temperatura inferior a la temperatura inicial de gelatinización (58°C).

Anteriormente se mencionó que la temperatura tiene gran influencia en el efecto que tienen

los iones sobre el hinchamiento. Es decir, a 50°C los iones promueven el hinchamiento,

pero a temperaturas superiores como la temperatura de gelatinización, estos inhiben el

hinchamiento [19], dado que durante la hinchazón, la ingesta de agua hace posible una

mayor disponibilidad de iones en el gránulo de almidón. A medida que la temperatura

aumenta para permitir la gelatinización, estos iones comienzan a interactuar con las

cadenas poliméricas del almidón y se comportan como un factor protector de estructura,

porque los iones fortalecen los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de almidón e

inhiben las interacciones de las moléculas de almidón-agua, que proporcionan un aumento

en la temperatura inicial de la transición de gelatinización [25].

Capítulo 3 39

Claramente, el almidón modificado con iones de Mg2+ indujo un mayor cambio en la

temperatura de gelatinización, seguido del almidón modificado con iones de Ca2+ y por

último el modificado con iones de K+. Esta diferencia en el efecto de los iones sobre la

transición de gelatinización radica principalmente en las propiedades químicas de cada

ion, es decir, su naturaleza iónica y su posición en las series de Hofmeister. Aunque estas

series no exponen un mecanismo muy claro, el efecto resulta de interacciones más

específicas entre los gránulos de almidón y los iones. En este caso los iones utilizados

favorecen la estabilidad de la estructura [17].

Por ejemplo, el Mg2+ es un ion metálico divalente con un peso molecular de 24.305 g/mol,

que es más bajo que el del ion monovalente de K+ (39.098 g / mol), y el del ion divalente

de Ca2+ (40.078 g / mol). Un peso molecular más bajo facilita la movilidad del ion dentro

de la estructura del almidón, facilitando la incorporación de nuevos sustituyentes en el

gránulo. Por otro lado, el Mg2+ tiene una electronegatividad más alta (1.31) que el K+ (0.82)

y el Ca2+ (1); esta propiedad le da al Mg2+ una mayor capacidad para atraer electrones y p,

lo que facilita el origen de nuevos enlaces químicos. Siendo la entalpía una medida de la

energía requerida para la transición, su valor depende tanto de la naturaleza del gránulo

del almidón como del tipo de plastizante. En este caso los cambios en la entalpía no

mostraron una tendencia definida.


La Figura 3-8 muestra los perfiles de viscosidad del almidón de plátano aislado (muestra

control) y los modificados con iones de K+, Ca2+ y Mg2+. Adicionalmente se muestra el perfil

de cambio en la temperatura durante la prueba (línea discontinua). Para el perfil de

viscosidad, se diferencian cuatro regiones principales: para la región I, mientras se produce

el calentamiento, los gránulos más pequeños comienzan a hincharse debido a la absorción

de agua. Entre 67°C y 72°C se observó un incremento abrupto en la viscosidad. Este

aumento ocurre después de que el almidón ha alcanzado su temperatura de gelatinización.

Como se ve en los datos de DSC (Figura 3-2), esta temperatura aumentó en 4°C a medida

que aumentó la concentración de iones de Mg2+; 3°C para el almidón modificado con iones

de Ca2+ y 2°C para el modificado con iones de K+, aunque con un efecto de saturación para

concentraciones superiores a 0.10M. En la región II, se alcanzó el pico máximo en

viscosidad, como consecuencia de la gelatinización y la capacidad de los gránulos de



almidón para retener agua; en este punto, el impeler está haciendo su mayor torque. Las

Figuras 3-8 a,b,c mostró que la viscosidad máxima se incrementó por encima del valor

obtenido para el almidón nativo (muestra control); una mayor concentración de iones

implico una mayor viscosidad.

En la región III hubo una abrupta pérdida de viscosidad durante el período isotérmico. Esta

disminución se puede asociar con el fenómeno causado por la explosión de los gránulos

debido a los esfuerzos cortantes durante la agitación, obteniendo una pasta heterogénea

formada por gránulos hinchados, desintegrados y polímeros exudados. Finalmente, en la

región IV (durante el enfriamiento) la muestra recupera parte de su viscosidad. El almidón

modificado tiene una viscosidad final más alta en relación con el almidón no modificado

(véase la Figura 3-3), lo que indica que los iones añadidos durante la modificación ayudan

a recuperar una parte de la viscosidad durante el enfriamiento. Como se observa, los

cationes divalentes (Mg2+ y Ca2+) llevaron a una mayor viscosidad final. Esto se atribuye a

que estos cationes posiblemente facilitan la reticulación inter o intramolecular de las

cadenas poliméricas del almidón [54]. La viscosidad recuperada del almidón de plátano

modificado con estos iones varía de 41% (almidón aislado) a 52%, 54% y 67% para los

almidones modificados con 0.30M de iones K+, Ca2+ y Mg2+, respectivamente. Cornejo-

Villegas et al 2018 [11] afirman en su estudio que los sistemas de almidón-plastificante que

no recuperan viscosidad en el enfriamiento se comportan como geles, de lo contrario son

natillas, como fue el caso obtenido en este análisis.

A pesar de que otros autores han informado que la inclusión de iones disminuye el efecto

de la recuperación de viscosidad, la diferencia con estos resultados se encuentra aquí en

el método de modificación y la fuente botánica del almidón. Si bien estos resultados

corresponden al almidón de plátano, los informes encontrados son sobre maíz [11], [24].

Se ve claramente que el tipo de almidón influye sustancialmente en el comportamiento de

sus propiedades, incluida la modificación con iones.

Capítulo 3 41

Figura 3-8: Perfil de viscosidad del almidón de plátano con iones de K+, Ca2+ y Mg2+.



Caracterización por difracción de rayos x

Los patrones de difracción de rayos X para el almidón de plátano aislado sin tratamiento,

y el almidón de plátano modificado con iones de K+, Ca2+ y Mg2+ a diferentes

concentraciones se muestran en la Figuras 3-9 (a, b, c y d respectivamente). La curva de

difracción de rayos X del almidón de plátano aislado sin tratamiento se muestra en la Figura

3–9a. Los picos identificados con las líneas verticales discontinuas corresponden al patrón

de difracción de rayos X de la amilosa reportado por Imberty et al. [55] suponiendo una

estructura cristalina ortorrómbica (cristal único). Londoño-Restrepo et al. [56] mostró que

el patrón de rayos X del almidón aislado podría estar formado por una contribución

cristalina, el ruido electrónico del sistema y la contribución amorfa de la muestra. En el

caso de los nanocristales, el patrón de difracción de rayos X se rige por la dispersión de

rayos X (efectos del tamaño del cristal), pero incluye la contribución de la difracción. Es

bien sabido que el nanocristal ha sido reportado para el almidón [57]. El patrón de

difracción de rayos X del almidón de plátano aislado sin tratamiento podría estar formado

por nanocristales o laminillas debido a que está formado por picos anchos y las

contribuciones amorfas de macro moléculas de amilosa y amilopectina.

Capítulo 3 43

Figura 3-9: Difractogramas de a) almidón de plátano, b), c) y d) almidón de plátano adicionado con iones de K+, Ca2+ y Mg2+ respectivamente.

Las muestras de los almidones modificados corresponden a las natillas obtenidas después

del análisis de viscosidad, que fueron rápidamente congeladas y liofilizadas, se presentan

en las Figuras 3–9 b, c y d. El almidón de plátano gelatinizado con agua (muestra control)

así como el almidón de plátano adicionado con iones de Mg2+ y Ca2+ presentan un

comportamiento similar. Estos patrones corresponden a una estructura amorfa

característica del almidón gelatinizado, lo que significa que las muestras ya pasaron por el

proceso de gelatinización, que es la transición que se da cuando el almidón pasa de una

estructura semicristalina a una estructura amorfa. Por otro lado el almidón de plátano

modificado con iones de K+ (Figura 3-9b) presenta una particularidad ya que para una

concentración de 0.30 M de estos iones, el patrón amorfo se acompaña de tres picos, que

están muy bien definidos en 28.34, 40.50 y 50.16° en una escala de 2Ɵ. Estos picos

corresponden al patrón de difracción de cloruro de potasio PDF # 41-1476 [58]. Esto



significa que existe la posibilidad que la sal para esta concentración no se disuelve en el

sistema debido a que se presenta un exceso de iones de potasio y estos iones no entran

a hacer parte de la matriz polimérica del almidón y quedan en la superficie como cristales

de sal.

Con respecto a los patrones del almidón de plátano modificado con iones de Mg2+ y Ca2+,

solo se destaca la pérdida de estructura, es decir, la pérdida de cristalinidad consecuencia

de la gelatinización y la incorporación de iones en el almidón.

Efecto de adición de iones sobre la morfología

Las micrografías SEM de las muestras liofilizadas, después de congelar rápidamente las

natillas obtenidas del análisis de viscosidad, que corresponden al almidón aislado de

plátano (muestra control) y al almidón de plátano adicionado con iones de K+, Ca2+ y Mg2+

a diferentes concentraciones son mostradas en la Figura 3-10. Se observa que la muestra

de almidón aislado de plátano gelatinizado con agua (muestra control) presenta la

formación de una estructura de panal de abeja, compuesta de celdas que se forman debido

al proceso de liofilización, ya que este proceso se encarga de sacar el agua estructural

dejando evidencia de los canales por donde esta se encontraba. Estos canales se

encuentran separados por limites delgados y uniformemente espaciados; esta

organización es responsable de la elasticidad de la muestra [15].

Cornejo Villegas et. al [11] realizó pruebas de compresión a muestras de almidón de maíz

y almidón de maíz adicionado con iones de Ca2+. Encontró que cuando la muestra no tiene

iones, presenta una región de elasticidad más prolongada que la que presentan las

muestras de almidón adicionadas con iones. Las micrografías observadas para el almidón

de plátano adicionado con iones de K+ muestran una disminución de la cantidad de celdas

a medida que aumenta la concentración. Para 0.30 M de iones de K+ este cambio es más

evidente. Se observa un aplastamiento de las celdas y la formación de hojuelas. De forma

similar ocurrió para el almidón de plátano adicionado con iones de Ca2+, ya que a 0.10 M

de estos iones se observan la desaparición de los canales y la aparición de hojuelas que

para una concentración de 0.30M de iones de Ca2+ presenta unos límites de celda mucho

más gruesos que los presentados para el almidón con iones de K+.

Capítulo 3 45

Figura 3-10: Micrografías SEM de almidón de plátano gelatinizado con agua y adicionado con 0.10 y 0.30M de iones de K+, Ca2+ y Mg2+.



Por otro lado, el almidón de plátano adicionado con iones de Mg2+, se observan cambios

más bruscos a concentraciones menores, ya que a 0.10M de iones de Mg2+, se observa la

disminución de celdas y un engrosamiento de sus límites y para 0.30 M de iones de Mg2+

se muestra un aplastamiento total de las celdas y la formación de bloques más grandes

mostrando una superficie más ligada. Una superficie más ligada está relacionada a una

mayor viscosidad, estos resultados concuerdan con los obtenidos en el perfil de viscosidad

(ver Figura 3-9), ya que las muestras de almidón de plátano adicionado con iones

presentan una mayor recuperación de viscosidad que la reportada para la muestra de

almidón aislado de plátano (muestra control), esta alta recuperación de viscosidad está

ligada al entrecruzamiento que se origina de la interacción de los iones con las cadenas

de amilosa y amilopectina del almidón de plátano. Como vemos el efecto de los iones de

Mg2+ fue más evidente que los ocasionados por el K+ y el Ca2+.

Degradación Térmica

El análisis de degradación de las muestras en polvo de almidón de plátano previamente

gelatinizadas y liofilizadas, se sometieron a rampas de calentamiento TGA desde

temperatura ambiente hasta 800°C. La Figura 3-11 muestra el perfil de descomposición

del almidón de plátano gelatinizado solo con agua (muestra de control) y gelatinizado con

soluciones iónicas de potasio K+, calcio Ca2+ y magnesio Mg2+ a diferentes

concentraciones.

Las curvas TGA de los almidones modificados con iones de K+ (Figura 3–11a) muestran

una forma similar de descomposición que el almidón de plátano sin modificar (ver Figura

3-5), es decir la descomposición se da en tres etapas siendo la primera la perdida de

humedad, la segunda la degradación térmica de los principales componentes del almidón

y la tercera la estabilización térmica con medio de la cual se obtiene el residuo. Se observa

con la gráfica DTGA (grafica parte inferior) que el pico principal se corre a la izquierda a

medida que aumenta la concentración de iones, es decir la temperatura de degradación

se corre a temperaturas menores a medida que la cantidad de iones aumenta.

Los perfiles térmicos del almidón de plátano modificado con iones de Ca2+ (Figura 3–11b)

y Mg2+ (Figura 3-11c) difieren con la muestra control y con el almidón de plátano modificado

Capítulo 3 47

con iones de K+, ya que se observa que en la segunda etapa no se da una sola caída, si

no que se observan dos caídas, es decir, el proceso de descomposición se lleva en dos

etapas dando lugar a una descomposición multicomponente. Al igual que en el caso del

K+, los picos del termograma DTGA muestran que las temperaturas de degradación son

menores para aquellos almidones que presentan una mayor cantidad de iones.}

El cambio a temperaturas más bajas en esta descomposición indica que la inclusión de los

iones afecta la estructura del almidón, ya que lo debilita, y este debilitamiento causa una

menor estabilidad térmica [35]. Por otro lado, como se observó en todos los análisis

previos, la modificación con estos iones implica la inclusión de nuevos sustituyentes en las

cadenas poliméricas del almidón, lo que hace que estas cadenas sean más susceptibles

a los procesos de calentamiento.

Figura 3-11: Termogramas TGA de almidón de plátano gelatinizado con agua y adicionado con iones de K+, Ca2+ y Mg2+.

Capítulo 3 49

Por otro lado, se puede observar que la adición de iones de iones aumenta

sustancialmente la cantidad del residuo, esto se debe a la formación de sales y

componentes minerales añadidos con el tratamiento de iones. En las gráficas se puede

observar que la mayor cantidad de residuo se dio para las concentraciones máximas de

cada ion y el almidón modificado con ion es de Mg2+ fue el que ocasiono más residuo,

seguido del almidón de plátano modificado con iones de Ca2+ y por último el modificado

con K+. Los residuos de sales son evidentes en los resultados de XRD presentados

anteriormente.

Modificaciones en el almidón de papa por la inclusión de iones


Figura 3-12: Poder de hinchamiento e índice de solubilidad del almidón de papa adicionado con iones de K+, Ca2+ y Mg2+.

El almidón de papa se diferencia con respecto al almidón de trigo, arroz y hasta el de maíz

por tener mejores propiedades funcionales, como alto poder de hinchamiento, alta

solubilidad, claridad de pasta, entre otras [32]. El alto poder de hinchamiento y la alta

solubilidad son atribuidos principalmente a la gran cantidad de grupos fosfatos presentes

en las cadenas de amilopectina [59], [60], cuya repulsión debilita los enlaces en el dominio

cristalino, facilitando el ingreso de agua al gránulo de almidón. Estas características lo



posicionan como uno de los almidones más usados en aplicaciones industriales, aunque

con diversas modificaciones para potencializar aún más sus propiedades. Por esta razón

se analiza cómo se afectan el poder de hinchamiento y el índice de solubilidad con la

adición de los diferentes iones a diferentes concentraciones.

En la Figura 3-12 se visualiza el comportamiento del poder de hinchamiento y el índice de

solubilidad a medida que se aumenta la concentración de iones de K+, Ca2+, y Mg2+. Cabe

aclarar que este análisis se realizó a 50°C, ya que es una temperatura inferior a la

temperatura de gelatinización. Como se muestra en la gráfica, ambos índices van

aumentado a medida que aumenta la concentración de los tres iones. Sin embargo hay un

mayor aumento cuando los iones de magnesio son adicionados, seguido por el ion de

calcio y, por último, con los iones de potasio. Este comportamiento puede ser asociado a

la cantidad endógena de cada uno de estos minerales, ya que el almidón de papa presenta

mayor cantidad de potasio, lo que puede ocasionar que no sea tan efectiva la influencia al

presentarse un exceso de estos iones en la matriz polimérica del almidón. Caso contrario

ocurre con los iones de calcio y de magnesio, que al encontrarse en una menor cantidad,

hasta un orden de magnitud menos a diferencia de los iones de potasio, ocasionan un

efecto mayor y desplazamiento hacia mayores valores para estos índices. Por último es

muy importante destacar que como se puede ver en este análisis, se puede afirmar que a

50°C ya hay una gran presencia de estos iones en la matriz polimérica del almidón de

papa.

Cambios en la gelatinización debido a la inclusión de iones

La solución de almidón de papa y agua (muestra control) presenta una temperatura inicial

de gelatinización baja (60.39°C) (Figura 3-3) que se encuentra dentro del rango de

temperaturas reportadas para diferentes variedades de papa (45-77°C) [28], [34]. Sin

embargo, esta temperatura es menor comparada con la reportada para el almidón de maíz

(65°C) y el almidón de arroz (66°C) [32].

En la Figura 3-13 se presenta la gráfica que correlaciona las temperaturas iniciales y pico

de gelatinización con las diferentes concentraciones de iones de K+, Ca2+, y Mg2+. Tal como

se encontró para el almidón de plátano, se observa un corrimiento en las temperaturas de

Capítulo 3 51

gelatinización, pero este desplazamiento solo se ve marcado hasta una concentración de

0.10M, para concentraciones mayores la temperatura alcanzada se mantiene

relativamente constante. Este comportamiento se presenta para los tres iones. Sin

embargo, el mayor corrimiento fue observado para el almidón de papa modificado con

iones de Mg2+, ya que aumenta la temperatura de gelatinización hasta 2°C por encima de

la muestra control.

Figura 3-13: Temperatura inicial T0 y pico Tp de gelatinización del almidón de papa con iones de K+, Ca2+ y Mg2+.

Zhu et al. 2018 [61] estudió el efecto de la inclusión de iones monoatómicos y poliatómicos

en la gelatinización del almidón de papa, y sugiere que los efectos de los iones varían

según el tipo de ion, debido a que los iones monoatómicos grandes presentan una nube

electrónica de gran diámetro y mayor cantidad de electrones. Estos iones de gran diámetro

poseen una mayor polarización que tiende a debilitar los enlaces de hidrogeno entre las

moléculas de almidón-almidón y almidón-agua. Es decir, estos iones debilitan la estructura

del almidón facilitando la entrada de agua y disminuyendo la temperatura de gelatinización.

Caso contrario ocurre para los iones de menor tamaño, que se encargan de proteger la



estructura y fortalecer estos enlaces ocasionando corrimiento a mayores temperaturas. El

radio atómico de los iones utilizados en este estudio presenta el siguiente orden

descendente K+>Ca2+>Mg2+ y corresponden con los resultados obtenidos, ya que el

almidón de papa modificado con iones de Mg2+ fue el que ocasiono un cambio más notorio

en esta transición, seguido de los almidones modificados con Ca2+ y por ultimo con K+.


El almidón de papa se destaca por encima de otras fuentes de almidón por tener una alta

viscosidad, alta claridad de pasta, baja tendencia a la retrogradación, entre otras

características [50]. Estas propiedades se asocian principalmente a la alta cantidad de

fosforo, ya que este facilita el hinchamiento de la región de amilopectina del granulo que

es donde se encuentra en su mayor parte este mineral. Varios autores realizaron estudios

de correlación del contenido de fosforo con las propiedades de viscosidad del almidón de

papa, los resultados encontrados por ellos sugieren que estas variables se encuentran

fuertemente correlacionadas [51], [52], [62].

En la Figura 3-14, se presentan los viscoamilogramas obtenidos para el almidón de papa

modificado con iones de K+, Ca2+ y Mg2+, en esta grafica como se mencionó anteriormente

en el análisis de viscosidad del almidón de plátano, se observa la aparición de IV regiones

muy bien marcadas, que corresponden a las fases que le ocurren al almidón en presencia

de un plastificante cuando este es sometido a calentamiento y agitación constante.

En la región I se observa el corrimiento que se origina en la temperatura inicial de

viscosidad producto de la adición de iones a la matriz polimérica de almidón, fenómeno

que concuerda con los resultados obtenidos en el análisis por calorimetría diferencial de

barrido (DSC). En la región II, se destaca un rápido cambio de viscosidad hasta alcanzar

la viscosidad pico. Se observa en los amilogramas que el incremento en la concentración

de los tres iones causa un aumento en este parámetro con respecto a su contraparte

nativa. Se destaca el valor alcanzado por el almidón de papa modificado con iones de

Mg2+, seguido por los iones de Ca2+ y por último los de K+.

Capítulo 3 53

Figura 3-14: Perfil de viscosidad del almidón de papa modificado con iones de a) K+, b) Ca2+ y c) Mg2+.



De manera similar a lo visto para el plátano, en la región III se observa una fuerte y

precipitada pérdida de viscosidad para todas las muestras, sin presentarse tendencia

alguna. Para la región IV se observa que el almidón de papa tiene poca tendencia a la

recuperación de viscosidad. Sin embargo, el efecto de los iones no es muy claro, debido a

que se produce una alteración en el sistema ya que el comportamiento en la etapa final es

muy inestable. En la Figura 3-9 a y b, se hace más evidente este fenómeno ya que en la

última etapa de los viscoamilogramas se empiezan a presentar unos picos relativamente

periódicos dando evidencia de que la mezcla de almidón de papa con los diferentes

plastificantes no se encuentra en un estado homogéneo, provocando que el impeler

produzca mayor torque para algunas zonas y menor para otras. Las mezclas que se

obtuvieron después de este análisis a diferencia de las natillas del almidón de plátano,

tienen una textura más viscosidad no tanto como natilla si no como gel.

Caracterización por difracción de rayos x

En la Figura 3–15 se encuentran los patrones de difracción del almidón de papa nativo y

de aquellos adicionados con iones de K+, Ca2+ y Mg2+. La figura 3–15a corresponde al

Capítulo 3 55

patrón de difracción del almidón de papa nativo. Se evidencia también que este almidón

tiene un ordenamiento semicristalino, es por esto que los picos presentados para el

almidón de papa nativo son de baja intensidad, pero se pudieron identificar por medio del

PDF 00-062-1691, correspondiente a la muestra de α-amilosa dihidratada [53].

Figura 3-15: Difractogramas de almidón de papa nativo (a), y adicionado con iones de K+

(b), Ca2+ (c) y Mg2+ (d).

Como se mencionó en la metodología, las muestras analizadas por rayos x son aquellas

que se obtuvieron después del análisis de viscosidad. Dichas muestras fueron sometidas

a un perfil térmico en el cual se alcanzan temperaturas superiores a la temperatura de

gelatinización del almidón de papa. La gelatinización es una transición de orden-desorden,

ya que pasa de un ordenamiento semicristalino a amorfo.

En la figura 3–15 b, c y d. se observan los patrones obtenidos para el almidón de papa

adicionado con los diferentes iones. Se puede destacar que el proceso por el cual se



adicionaron los iones provoca la pérdida de cristalinidad del almidón, ya que estos

pequeños picos que se identificaron al almidón nativo desaparecen, y el patrón de los

almidones modificados con los tres iones corresponde a uno o dos “picos” muy anchos que

es la forma general de una muestra amorfa. Cabe resaltar que para el almidón de papa

modificado con 0.20 y 0.30 M de iones de K+, se presenta la aparición de 3 picos que

fueron identificados con el PDF 41-1476 [58]. Estos picos corresponde a fases cristalinas

del cloruro de potasio, dando evidencia de que la adición de estos iones a estas

concentraciones no se llevó a cabo, quedando en la superficie de la matriz polimérica del

almidón de papa, fenómeno que puede deberse principalmente a la alta cantidad de

potasio endógeno presente en el almidón de papa.

Efecto de la adición de iones sobre la morfología

Las micrografías SEM de las muestras liofilizadas, después de congelar rápidamente los

geles obtenidos del análisis de viscosidad, que corresponden al almidón aislado de papa

(muestra control) y al almidón de papa adicionado con iones de K+, Ca2+ y Mg2+ a diferentes

concentraciones son mostradas en la Figura 3-16. Se observa que la muestra de almidón

aislado de papa (muestra control) presenta una superficie porosa, estos pequeños poros

son formados al liofilizar la muestra y son evidencia del agua que se encontraba presente

en las natillas, estos poros se encuentran uniformemente espaciados, dando el aspecto

semejante a una esponja.

Las micrografías observadas para el almidón de papa adicionado con iones de K+ muestran

una disminución de la cantidad de poros a medida que aumenta la concentración, y para

0.30 M de iones de K+ este cambio es más evidente. Se observa un aplastamiento de los

poros y la formación de hojuelas. De forma similar ocurrió para el almidón de papa

adicionado con iones de Ca2+, ya que a 0.10 M de estos iones se observan la desaparición

de los poros y la aparición de hojuelas que, para una concentración de 0.30M son de mayor

tamaño. Por otro lado, en el almidón de papa adicionado con iones de Mg2+ se observan

cambios más bruscos a concentraciones menores, ya que a 0.10M de iones de Mg2+ se

observa un engrosamiento de los límites de los poros, hasta el punto que estos no se

distinguen. Para 0.30 M de iones de Mg2+ se muestra un aplastamiento total de los poros

y la formación de bloques más grandes mostrando una superficie más ligada.

Capítulo 3 57

Figura 3-16: Micrografías SEM de almidón de papa nativo y adicionado con 0.10 y 0.30M de iones de K+, Ca2+ y Mg2+.



Esta superficie corresponde a una matriz compacta; morfología que corresponde con los

resultados de Venkatesh et al. 2017 [63] quienes estudiaron el efecto como plastificante

del MgCl2 en la elaboración de películas de almidón de papa. En sus análisis de

microscopias óptica y electrónica de las películas determinaron que la adición de esta sal

da como resultado una película con superficie lisa y estable, sin defectos apreciables; por

medio de pruebas mecánicas determinaron que estas películas responden al

comportamiento de un material dúctil.


La Figura 3-17 presenta los termogramas del almidón de papa sin modificar (muestra

control), así como los modificados con iones de K+, Ca2+ y Mg2+ a diferentes

concentraciones. Cabe destacar que estos perfiles de degradación están marcados por

tres regiones (como en la degradación del almidón de papa nativo Figura 3-5), las cuales

corresponden a la pérdida de humedad, seguido de la pérdida de los principales

componentes del almidón (carbohidratos, fibra, proteína y lípidos) y por el residuo que se

obtiene después de haber logrado la estabilidad térmica.

Los perfiles térmicos correspondientes a los almidones modificados con iones de K+

muestran un cambio en las temperaturas de degradación, ya que a medida que aumenta

la concentración de iones, esta temperatura se corre hasta 27°C por debajo de la muestra

control. No se observa un efecto sobre la humedad, pero sí hay un leve cambio en el

residuo, sugiriendo que la inclusión de iones aumenta el contenido de este. El perfil de

degradación del almidón de papa modificado con iones de Ca2+, muestra igualmente un

cambio en las temperaturas, solo que esta vez el corrimiento es hasta 60°C por debajo de

la muestra control, igualmente se ve un efecto en el residuo final ya que a medida que

aumenta la concentración, aumenta el residuo, pero no presenta una tendencia clara. Por

último, se ve un efecto en la etapa I, ya que la perdida inicial se asocia a la humedad de la

muestra, siempre y cuando sea hasta los 100°C; para temperaturas mayores, esta pérdida

se asocia a aguas estructurales, que necesitan más energía para poder eliminarse. En

esta etapa se observa que los iones tienen una influencia ya que a medida que aumenta

la concentración, esta pérdida se extiende hasta temperaturas más altas.

Capítulo 3 59

Figura 3-17: Termogramas TGA de almidón de papa nativo y adicionado con iones de K+, Mg2+ y Ca2+.



Para el último perfil de degradación del almidón de papa modificado con iones de Mg2+ se

observan los siguientes cambios. Para la etapa I, se observa el mismo efecto que con el

Ca2+, ya que se extiende hasta temperaturas más altas y aumenta a medida que aumenta

la concentración de iones. Para la etapa II, los perfiles de degradación muestran que para

las concentraciones de 0.05, 0.10 y 0.15M la segunda pérdida se hace en dos pasos, ya

que su derivada indica dos picos. Para concentraciones mayores las pérdidas son en un

paso y relativamente rápidas ya que presentan un solo pico y muy definido. En esta etapa

también se da un efecto sobre las temperaturas, solo que es más relevante ya que se corre

hasta 100°C por debajo de la temperatura de la muestra control. Por último, para la etapa

III, se presenta el mismo efecto que con los otros iones, pero mostrando una tendencia, ya

que a mayor concentración de iones hay una mayor cantidad de residuo, el cual está

representado en compuestos inorgánicos y sales como se pudo ver en los difractogramas

de rayos X.

4. Análisis comparativo

A continuación, se presenta un análisis comparativo del efecto de la adición de iones sobre

el almidón de papa y plátano. Cabe destacar que cada fuente de almidón presenta

características y propiedades diferentes que afectan de varias maneras la inclusión de los

iones. El principal objetivo de este análisis es ver que tanta influencia tiene la fuente a la

hora de adicionar los diferentes iones. Las principales variables que pueden afectar la

inclusión, son el tamaño del granulo, la composición química, la relación de amilosa y

amilopectina, entre otras.

Análisis comparativo del almidón de papa y plátano adicionado con iones de Mg2+

Comparando el poder de hinchamiento e índice de solubilidad

En la Figura 4-1 se encuentra el comportamiento del poder de hinchamiento y del índice

de solubilidad de almidón de papa y plátano adicionados con iones de Mg2+ a diferentes

concentraciones. Los resultados indican que, aunque los almidones nativos muestran

valores similares para ambos índices, es notorio el mayor efecto que ocasiona el magnesio

sobre el almidón de papa, ya que a pesar de que estos índices aumentan a medida que

aumenta la concentración del ion, los valores alcanzados por el almidón de papa son

mayores.



Figura 4-1: Poder de hinchamiento e índice de solubilidad del almidón de papa y plátano adicionado con iones de Mg2+.

Comparando la gelatinización

En la Figura 4-2 se ilustran la temperatura inicial y la temperatura pico, correspondientes

a la transición de gelatinización del almidón de papa y del almidón de plátano adicionado

con diferentes concentraciones de iones de Mg2+. Para el almidón de papa nativo se obtuvo

una temperatura inicial de gelatinización menor que la medida para el almidón de plátano

nativo. Estos resultados concuerdan con los reportados por la literatura, ya que el almidón

de papa es el almidón que en estado nativo presenta una temperatura de gelatinización

más baja. Este comportamiento es atribuido a la presencia de monoesteres de fosfato en

la matriz polimérica del almidón; estos grupos fosfatos generan una constante repulsión

que debilita las cadenas poliméricas permitiendo la entrada del agua al gránulo y facilitando

la fusión de cristalitos de amilopectina, alcanzando a una menor temperatura la transición

de gelatinización.

Por otro lado, se puede destacar que tanto para el almidón de papa como para el de plátano

esta transición se lleva a cabo en un rango de aproximadamente 10°C; este pequeño

margen de temperatura en el cual se lleva la transición puede hacer referencia a la

homogeneidad de las muestras.

Capítulo 4 63

Figura 4-2: Temperatura inicial (izq.) y pico (der.) de gelatinización del almidón de papa y plátano con iones de Mg2+.

A medida que aumentó la concentración de iones de Mg2+, el almidón más susceptible a

cambios fue el de plátano, ya que presentó un corrimiento en la temperatura de

gelatinización de hasta 4°C, y se observa una correlación directa entre concentración de

iones y temperatura. En contraste, para el almidón de papa el corrimiento fue de 2°C, y

solo ocurrió hasta una concentración de 0.10 M; para concentraciones mayores, el

comportamiento fue estable, sugiriendo que el sistema se ha saturado debido al exceso

de iones de Mg2+ en este almidón. Esto se alude al alto contenido de magnesio endógeno

del almidón de papa.

Comparando la viscosidad aparente

Como se dijo anteriormente, la viscosidad es una propiedad funcional del almidón, de esta

depende la idoneidad del almidón para alguna de las aplicaciones en la industria como lo

son ligante, gelante, espesante, entre otras. Determinar la viscosidad del almidón sirve

para determinar la aplicación en la que será usada cada fuente.

En la Figura 4-3 se encuentran los perfiles de viscosidad de los almidones nativos de papa

y plátano, y de aquellos adicionados con iones de Mg2+ a 0.10 y 0.30 M. De estos

resultados se puede destacar que el almidón nativo de papa alcanza una viscosidad mucho

más alta que la del almidón nativo de plátano. También se observa que el almidón de papa

alcanza esta viscosidad pico a una temperatura menor que la temperatura para el almidón



de plátano. Para los almidones modificados con iones de Mg2+, se presenta el mismo

corrimiento que se vio en el análisis de gelatinización, ya que a medida que se aumenta la

concentración de estos iones la temperatura para alcanzar la viscosidad pico es más alta,

siendo el corrimiento más contundente para el almidón de plátano.

Figura 4-3: Perfil de viscosidad del almidón de papa y plátano adicionado con iones de Mg2+ a 0.10 y 0.30 M.

Con respecto a la pérdida de viscosidad, se destaca que el almidón de papa pierde

rápidamente la viscosidad alcanzada y mantiene esta viscosidad relativamente constante

hasta finalizar el perfil. Solo se observa un pequeño efecto de los iones para una

concentración de 0.30M de iones de Mg2+, ya que aparece una serie de oscilaciones que

como se mencionó anteriormente, se puede deber a la falta de homogeneidad de la

Capítulo 4 65

mezcla. Para el caso del almidón de plátano esta pérdida de viscosidad no es tan rápida,

y no disminuye tanto el valor, además de que para la parte final de viscosidad los iones de

Mg2+ favorecen la recuperación, ya que para mayor concentración la viscosidad

recuperada es mayor.

Uno de los factores que más afecta la viscosidad es la diferencia en la morfología del

granulo y la estructura del mismo; es decir, depende mucho de la relación de amilosa y

amilopectina. La diferencia entre el perfil de viscosidad de estas dos fuentes radica

principalmente en la presencia de los grupos fosfatos, ya que estos grupos debilitan el

almidón y favorecen el hinchamiento.

Comparando los cambios de estructura por de difracción de rayos X

Figura 4-4: Patrones de difracción de almidón de papa y plátano nativo y adicionado con iones de Mg2+ a 0.10 y 0.30M.



En la Figura 4-4 se hace un contraste de los patrones de difracción presentados para los

almidones nativos de papa y plátano, las muestras control y las de almidón adicionado con

0.10 y 0.30 M de iones de Mg2+. Los patrones obedecen a muestras amorfas que

corresponden a las muestras de los almidones modificados y los no modificados, ya que

por el proceso de inclusión de iones fueron sometidos a la gelatinización, perdiendo el

orden semicristalino. No se observan cambios significativos para ninguna de las muestras.

Comparando los cambios en la morfología por SEM

Comparando las imágenes SEM de las natillas y geles obtenidos, en los dos casos se

presenta la aparición de celdas ocasionadas por la extracción de agua por el proceso de

liofilización, ya que son la evidencia de los canales hídricos, mostrados en la Figura 4-6.

El almidón de plátano (muestra control) muestra una estructura de panal de abeja, en la

que se observa una gran cantidad de celdas. Por otro lado el almidón de papa presenta

una estructura que obedece a la apariencia de una esponja y en la que igualmente se

presentan una gran cantidad de celdas pero con un menor tamaño, es decir, en la misma

área en la cual se tomó la micrografía hay una mayor cantidad de celdas. La diferencia en

la apariencia de estas muestras se debe a la forma de gelatinizar, ya que el almidón de

plátano gelatiniza como natilla y el almidón de papa como gel.

Figura 4-5: Micrografías SEM de las natillas liofilizadas de almidón de papa y plátano (muestra control).

Capítulo 4 67

Figura 4-6: Micrografías SEM de almidón de papa y plátano adicionado con iones de Mg2+ a 0.10 y 0.30 M.

En la Figura 4-7 se encuentran las micrografías de los almidones de plátano y papa

adicionado con 0.10 y 0.30M de iones de Mg. El comportamiento de este ion sobre los dos

tipos de almidones no difiere mucho, ya que para 0.10M de estos iones se observa una

parcial desaparición de las celdas y un aplastamiento de ellas formando hojuelas. Para

0.30M se presenta la pérdida total de estas hojuelas y la aparición de una estructura en

bloque fuertemente ligada.

Comparando la degradación térmica

El perfil de degradación térmica de los almidones de papa y plátano obedecen al perfil

general de degradación de los almidones. En estos perfiles se distinguen tres regiones,

que anteriormente fueron mencionadas. No se corroboran diferencias significativas, como

se ve en la Figura 4-8; lo más relevante es que el almidón de papa posee un mayor residuo,

que obedece a la mayor cantidad de minerales que presenta este almidón. Para el caso



de la degradación térmica de los almidones de papa y plátano adicionado con 0.10 y 0.30

M de iones de Mg2+ se observa el mismo comportamiento, a medida que aumenta la

concentración de los iones, las temperaturas del segundo evento disminuyen. Como se

dijo antes, esto se debe principalmente a la inclusión de iones en las cadenas poliméricas

del almidón, lo que las hace más susceptibles, y es necesaria menor energía para llevar a

cabo la degradación de los componentes principales del almidón.

Figura 4-7: Termograma TGA de almidón de papa y plátano nativo y adicionado con iones de Mg2+ a 0.10 y 0.30M.

5. Conclusiones y recomendaciones

Conclusiones

Se caracterizaron fisicoquímicamente los almidones sin modificar (nativos) de papa y

plátano. Se observaron algunas diferencias, como un mayor contenido de minerales y

grasa en el almidón de papa, que evidencian el contenido de grupos fosfato en este

almidón. Esto se confirmó por el análisis de gelatinización, ya que los grupos fosfato

generan una constante repulsión que debilita los enlaces intermoleculares, facilitando la

entrada de agua al gránulo, aumentando el hinchamiento, lo que genera una disminución

en la temperatura de gelatinización comparado con el almidón de plátano. Por otro lado,

se observó que la estructura de estas dos fuentes está representada por la contribución

tanto de la estructura de la amilosa como de la amilopectina, en donde el almidón de

plátano tiene más semejanza con el patrón presentado por la amilopectina y el almidón de

papa por el patrón de la amilosa.

Se estudiaron las propiedades térmicas del almidón de papa y plátano al ser modificados

con iones de K+, Ca2+ y Mg2+. Se determinó que los iones aumentan las temperaturas de

gelatinización. Debido a que los iones de menor tamaño actúan como protectores de

estructura, fortaleciendo los enlaces de hidrógeno, y limitando la formación de enlaces

almidón-agua, es necesaria mayor energía para llevar a cabo esta transición.

La fuente del almidón es determinante en la interacción almidón-ion. Para el caso de la

papa se mostraron efectos de saturación para los tres iones en la gelatinización; de forma

similar ocurre para el almidón de plátano pero sólo con el ion de potasio. Esto podría estar

relacionado con los minerales endógenos de cada almidón, que causan apantallamiento

electrostático frente a la difusión de iones adicionales externos.



La viscosidad es otra de las propiedades que varía según la fuente, puesto que la adición

de iones favorece la recuperación de viscosidad en el enfriamiento del almidón de plátano,

obteniendo natillas como producto final. Caso contrario ocurrió para el almidón de papa

que no presenta este fenómeno en la viscosidad final, sino que en el perfil se muestra la

aparición de algunas oscilaciones que pueden indicar la falta de homogeneidad de las

muestras. Esto puede deberse a que el almidón de papa no forma natillas como el plátano,

sino geles muy viscosos.

Otras propiedades como la morfología, estructura y degradación térmica no mostraron

cambios con respecto a la fuente ya que no se observaron cambios sobre los perfiles de

degradación ni la morfología cuando se incluyeron los iones. Con respecto a la estructura

todos los patrones de los almidones tanto de papa como de plátano, modificados con los

tres iones, muestran la pérdida de la estructura producto del método de inclusión de iones.

Los patrones presentados por el almidón de papa y plátano modificado con iones de

potasio muestran para concentraciones altas la aparición de fases cristalinas del cloruro

de potasio, indicando que para altas concentraciones la adición no se llevó acabo para

estos iones.

Con relación al tipo de iones, el magnesio fue el que ocasionó las transformaciones más

notorias sobre las matrices poliméricas de los almidones de papa y plátano, y fue

consistente para las propiedades estudiadas. La concentración de los iones influyó de

manera directa sobre la viscosidad, degradación térmica, y la morfología. El potasio se

mostró como el ion que menos afecta la matriz polimérica a medida que se incrementa la

concentración, posiblemente por el alto contenido de potasio endógeno en ambas fuentes.

Recomendaciones

Como futuros trabajos se desea estudiar la elaboración de películas de almidón de papa y

plátano con la adición de estos iones, para estudiar sus propiedades mecánicas y así

determinar su eficiencia como material de encapsulación o empaquetamiento.

Conclusiones 71

De igual manera se podría realizar un estudio de la bioimpedancia de estas películas y

determinar si pueden o no ser usadas como una alternativa en la elaboración de

componentes electrónicos biodegradables.

Además de esto se podría estudiar cuál puede ser la influencia de estos iones a la hora de

enriquecer nutricionalmente los almidones de estas fuentes, para así poder ser aplicados

a la industria de alimentos como un aditivo fortificante.

6. Divulgacion de los resultados obtenidos

Durante el desarrollo de esta investigación se púbico en la revista International Journal

Biological Macromoleules el artículo titulado “Effect of the addition of potassium and

magnesium ion son the termal, pasting, and functional properties of plantain starch (Musa

paradisiaca)”. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.11.051

Adicionalmente se participó en los siguientes congresos.

1. XXVII Congreso Nacional de Física, realizado el año 2017 en la ciudad de

Cartagena por la sociedad Colombiana de Física. El trabajo presentado tenía como

título “Estudio del efecto de la inclusión de iones en el almidón de papa”.

2. XXVII International Materials Research Congress, realizado en el año 2018 en la

ciudad de Cancun, Mexico por la sociedad Mexicana de Materiales. El trabajo

presentado tenía como título ”Study of the thermal properties of banana starch

(musa x paradisiaca) modified with magnesium and potasium ions”

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.11.051

7. Anexos:

Termogramas DSC de almidones modificados con iones de Mg2+

Figura 7-1: Termograma DSC del almidón de plátano adicionado con iones de Mg2+ en el que se observa el corrimiento a temperaturas mayores efectuado por los iones.



Figura 7-2: Termograma DSC del almidón de papa adicionado con iones de Mg2+ en el que se observa el corrimiento a temperaturas mayores efectuado por los iones.

Comparación de las propiedades fisicoquímicas de la adición de iones de Ca2+ y K+ sobre el almidón de papa y plátano.

A continuación, en las Figuras 7-3 a 7-5, se presentan los comparativos de las propiedades

estudiadas de almidones de papa y plátano que presentaron cambios más relevantes por

la adición de iones. Estas propiedades son: poder de hinchamiento, índice de solubilidad,

gelatinización y viscosidad. En morfología, difracción de rayos X y degradación térmica no

se observan cambios significativos debidos a la fuente botánica.

Anexos 77

Figura 7-3: Poder de hinchamiento e índice de solubilidad de almidones de papa y plátano adicionado con iones de K+ y Ca2+.

Figura 7-4: Temperaturas inicial T0 y pico Tp de gelatinización de almidón de papa y plátano adicionado con iones de K+ y Ca2+.

Figura 7-5: Viscoamilogramas comparativos de almidón de papa y plátano adicionado con iones de K+ y Mg2+.

Bibliografía

[1] C. M. Lewandowski, Starch Chemistry and Technology. 3rd Edition, vol. 1. 2015.

[2] A. Donald, “Starch in Food. Chap. 5,” in Starch in food: Structure, function and

applications, 1st ed., A.-C. ELIASSON, Ed. Cambridge: Woodhead Publishing

Limited, 2004, pp. 170–198.

[3] H. D. Goff, “Starch in Food. Chap. 14,” in Starch in food: Structure, function and

applications, 1st ed., A.-C. ELIASSON, Ed. Cambridge: Woodhead Publishing

Limited, 2004, pp. 435–450.

[4] S. Tinjacá and L. E. Rodríguez, Catálogo de papas nativas de Nariño, Colombia.

2015.

[5] D. Mejía España, D. Trejo Escobar, L. Latorre Vásquez, D. Chaves Morillo, L.

Córdoba Solarte, and L. F. Valencia, Caracteristicas agroindustriales de 32

variedades de papas nativas de Nariño. San Juan de Pasto, 2017.

[6] A. Chávez-Salazar, L. A. Bello-Pérez, E. Agama-Acevedo, F. J. Castellanos-

Galeano, C. I. Álvarez-Barreto, and G. Pacheco-Vargas, Isolation and partial

characterization of starch from banana cultivars grown in Colombia, vol. 98.

Elsevier B.V., 2017.

[7] Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE), “ENCUESTA

NACIONAL AGROPECUARIA ENA-2016,” 2017.

[8] M. C. Houston and K. J. Harper, “Potassium, Magnesium, and Calcium: Their Role

in Both the Cause and Treatment of Hypertension,” J. Clin. Hypertens., vol. 10, no.

7, pp. 3–11, Jul. 2008.

[9] S. Pietrzyk, T. Fortuna, L. Juszczak, D. Gałkowska, K. Królikowska, and K. Zięba,

“Effect of complexation of oxidised corn starch with mineral elements on

physicochemical properties,” Int. J. Food Sci. Technol., vol. 50, no. 4, pp. 934–941,

2015.

[10] K. O. Soetan, C. O. Olaiya, and O. E. Oyewole, “The importance of mineral



elements for humans, domestic animals and plants: A review,” African J. Food Sci.,

vol. 4, no. 5, pp. 200–222, 2010.

[11] M. de los Á. Cornejo-Villegas, N. Rincón-Londoño, A. Del Real-López, and M. E.

Rodríguez-García, “The effect of Ca2+ ions on the pasting, morphological,

structural, vibrational, and mechanical properties of corn starch–water system,” J.

Cereal Sci., vol. 79, pp. 174–182, Jan. 2018.

[12] J. J. Perfetti, Á. Balcázar, A. Hernández, and J. Leibovich, Políticas para el

desarrollo de la agricultura en Colombia. 3-18: Fedesarrollo, 2013.

[13] P. Pineda Gómez, C. D. F., M. Arciniegas Álvarez, A. Rorales Rivera, and M. E.

Rodríguez García, “Papel del agua en la gelatinización del almidón de maíz:

estudio por calorimetría diferencial de barrido,” Ing. y Cienc., no. 11, pp. 129–141,

2010.

[14] Almidones de Sucre, “Aplicaciones del almidón,” 2015. [Online]. Available:

http://almidonesdesucre.com.co/es/productos/aplicaciones.html. [Accessed: 18-

Jun-2019].

[15] S. Hedayati, M. Majzoobi, F. Shahidi, A. Koocheki, and A. Farahnaky, “Effects of

NaCl and CaCl2 on physicochemical properties of pregelatinized and granular

cold-water swelling corn starches,” Food Chem., vol. 213, pp. 602–608, 2016.

[16] P. Pineda Gómez, “Efecto de la difusión de calcio en las transformaciones

fisicoquímicas en biopolímeros derivados del maíz, sometidos a tratamientos

térmicos alcalinos / Effect of the calcium diffusion over the physicochemical

transformations in biopolymer of corn submitt,” p. 125, 2012.

[17] V. K. Villwock and J. N. BeMiller, “Effects of salts on the reaction of normal corn

starch with propylene oxide,” Starch/Staerke, vol. 57, no. 7, pp. 281–290, 2005.

[18] A. N. Jyothi, K. Sasikiran, M. S. Sajeev, R. Revamma, and S. N. Moorthy,

“Gelatinisation properties of cassava starch in the presence of salts, acids and

oxidising agents,” Starch/Staerke, vol. 57, no. 11, pp. 547–555, Nov. 2005.

[19] W. X. Zhu, J. Gayin, F. Chatel, K. Dewettinck, and P. Van der Meeren, “Influence

of electrolytes on the heat-induced swelling of aqueous dispersions of native wheat

starch granules,” Food Hydrocoll., vol. 23, no. 8, pp. 2204–2211, Dec. 2009.

[20] S. Pietrzyk, L. Juszczak, T. Fortuna, M. Łabanowska, E. Bidzińska, and K.

Błoniarczyk, “The influence of Cu(II) ions on physicochemical properties of potato

Bibliografía 83

starch oxidised by hydrogen peroxide,” Starch/Staerke, vol. 64, no. 4, pp. 272–280,

2012.

[21] A. P. Abbott, A. D. Ballantyne, J. P. Conde, K. S. Ryder, and W. R. Wise, “Salt

modified starch: Sustainable, recyclable plastics,” Green Chem., vol. 14, no. 5, pp.

1302–1307, 2012.

[22] L. Chuang, N. Panyoyai, L. Katopo, R. Shanks, and S. Kasapis, “Calcium chloride

effects on the glass transition of condensed systems of potato starch,” Food

Chem., vol. 199, pp. 791–798, May 2016.

[23] L. Chuang, N. Panyoyai, R. Shanks, and S. Kasapis, “Effect of sodium chloride on

the glass transition of condensed starch systems,” Food Chem., vol. 184, pp. 65–

71, 2015.

[24] S. Garcia-Diaz, C. Hernandez-Jaimes, H. B. Escalona-Buendia, L. A. Bello-Perez,

E. J. Vernon-Carter, and J. Alvarez-Ramirez, “Effects of CaCO3 treatment on the

morphology, crystallinity, rheology and hydrolysis of gelatinized maize starch

dispersions,” Food Chem., vol. 207, pp. 139–147, 2016.

[25] W. Wang, H. Zhou, H. Yang, S. Zhao, Y. Liu, and R. Liu, “Effects of salts on the

gelatinization and retrogradation properties of maize starch and waxy maize

starch,” Food Chem., vol. 214, pp. 319–327, Jan. 2017.

[26] P. J. Jenkins, R. E. Cameron, and A. M. Donald, “A Universal Feature in the

Structure of Starch Granules from Different Botanical Sources,” Starch - Stärke,

vol. 45, no. 12, pp. 417–420, Jan. 1993.

[27] R. F. Tester, J. Karkalas, and X. Qi, “Starch—composition, fine structure and

architecture,” J. Cereal Sci., vol. 39, no. 2, pp. 151–165, Mar. 2004.

[28] H. Zhou, C. Wang, L. Shi, T. Chang, H. Yang, and M. Cui, “Effects of salts on

physicochemical, microstructural and thermal properties of potato starch,” Food

Chem., vol. 156, pp. 137–143, 2014.

[29] E. Pérez-Sira, “Characterization of Starch Isolated from Plantain (Musa paradisiaca

normalis),” Starch - Stärke, vol. 49, no. 2, pp. 45–49, Jan. 1997.

[30] Q. Liu and D. B. Thompson, “Effects of moisture content and different gelatinization

heating temperatures on retrogradation of waxy-type maize starches,” Carbohydr.

Res., vol. 314, no. 3–4, pp. 221–235, Dec. 1998.

[31] R. Parker and S. G. Ring, “Aspects of the Physical Chemistry of Starch,” J. Cereal

Sci., vol. 34, no. 1, pp. 1–17, Jul. 2001.



[32] J. Mark et al., Physical Properties of Polymers, 3rd ed. Cambridge University

Press, 2004.

[33] Y. Roos and M. Karel, “Applying state diagrams to food processing and

development.,” Food Technol., vol. 45, no. 12, pp. 66, 68–71, 107, Dec. 1991.

[34] J. R. Rumble, Ed., CRC Handbook of Chemistry and Physics, 71st ed. Ann Arbor,

Michigan: CRC Press, 1990.

[35] P. Pineda-Gómez, N. C. Angel-Gil, C. Valencia-Muñoz, A. Rosales-Rivera, and M.

E. Rodríguez-García, “Thermal degradation of starch sources: Green banana,

potato, cassava, and corn - Kinetic study by non-isothermal procedures,”

Starch/Staerke, vol. 66, no. 7–8, pp. 691–699, 2014.

[36] B. R. Cordenunsi and F. M. Lajolo, “Starch Breakdown during Banana Ripening:

Sucrose Synthase and Sucrose Phosphate Synthase,” J. Agric. Food Chem., vol.

43, no. 2, pp. 347–351, 1995.

[37] Á. J. García-Salcedo, O. L. Torres-Vargas, A. del Real, B. Contreras-Jiménez, and

M. E. Rodriguez-Garcia, “Pasting, viscoelastic, and physicochemical properties of

chia (Salvia hispanica L.) flour and mucilage,” Food Struct., vol. 16, pp. 59–66, Apr.

2018.

[38] N. Rincón-Londoño, L. J. Vega-Rojas, M. Contreras-Padilla, A. A. Acosta-Osorio,

and M. E. Rodríguez-García, “Analysis of the pasting profile in corn starch:

Structural, morphological, and thermal transformations, Part I,” Int. J. Biol.

Macromol., vol. 91, pp. 106–114, 2016.

[39] N. Rincon-Londoño et al., “Analysis of thermal pasting profile in corn starch rich in

amylose and amylopectin: Physicochemical transformations, part II,” Int. J. Biol.

Macromol., vol. 89, pp. 43–53, 2016.

[40] J. Barrera, J. Cayon, G. Robles, “Influencia de la exposición de las hojas y el

epicarpio de frutos sobre el desarrollo y la calidad del racimo de plátano ’ Hartón ’ (

Musa AAB Simmonds ) Influence of leaf and fruit epicarp exposition on

development and quality of ‘ Hartón ’ plantain ( Mu,” Agron. Colomb., vol. 27, no. 1,

pp. 73–79, 2009.

[41] A. J. Arrieta, U. M. Baquero, and J. L. Barrera, “Physical-chemical characterisation

of ‘Papocho’ plantain (Musa ABB Simmonds) maturing,” Agron. Colomb., vol. 24,

no. 1, pp. 48–53, 2006.

Bibliografía 85

[42] J. L. Barrera V, G. S. Arrazola P, and D. G. Cayon S, “Caracterización

fisicoquímica y fisiológica del proceso de maduración de plátano hartón (musa aab

simmonds) en dos sistemas de producción,” Acta Agron�mica; Vol. 59, n�m. 1

(2010); 20-29 2323-0118 0120-2812, vol. 59, no. 1, pp. 20–29, 2010.

[43] N. Loyola, E. Oyarce, and C. Acuña, “EVALUACIÓN DEL CONTENIDO DE

ALMIDÓN EN PAPAS (SOLANUM TUBEROSUM, SP. TUBEROSUM CV.

DESIRÉE), PRODUCIDAS EN FORMA ORGÁNICA Y CONVENCIONAL EN LA

PROVINCIA DE CURICÓ, REGIÓN DEL MAULE,” Idesia, vol. 28, no. 2, pp. 41–

52, 2010.

[44] D. Stawski, “New determination method of amylose content in potato starch,” Food

Chem., vol. 110, no. 3, pp. 777–781, Oct. 2008.

[45] N. Z. Ngobese, T. S. Workneh, B. A. Alimi, and S. Tesfay, “Nutrient composition

and starch characteristics of eight European potato cultivars cultivated in South

Africa,” J. Food Compos. Anal., vol. 55, pp. 1–11, 2017.

[46] P. Zhang, R. L. Whistler, J. N. BeMiller, and B. R. Hamaker, “Banana starch:

production, physicochemical properties, and digestibility—a review,” Carbohydr.

Polym., vol. 59, no. 4, pp. 443–458, Mar. 2005.

[47] R. Shittu, O. Lasekan, R. Karim, and R. Sulaiman, “Plantain-starch: Microstructural,

physicochemical, and morphological characteristics of two cultivars grown in

Malaysia,” Starch/Staerke, vol. 68, no. 11–12, pp. 1187–1195, 2016.

[48] W. Thomas, “Phospholipids in Starch Granules,” Starch - Stärke, vol. 31, no. 2, pp.

54–57, 1979.

[49] N. P. Badenhuizen, The biogenesis of starch granules in higher plants. New York:

Appleton-Century-Crofts, 1969.

[50] N. Singh, J. Singh, L. Kaur, N. S. Sodhi, and B. S. Gill, “Morphological, thermal and

rheological properties of starches from different botanical sources,” Food Chem.,

vol. 81, no. 2, pp. 219–231, 2003.

[51] A. A. Karim, L. C. Toon, V. P. L. Lee, W. Y. Ong, A. Fazilah, and T. Noda, “Effects

of phosphorus contents on the gelatinization and retrogradation of potato starch,” J.

Food Sci., vol. 72, no. 2, pp. 132–138, 2007.

[52] I. S. M. Zaidul, H. Yamauchi, S. Takigawa, C. Matsuura-Endo, T. Suzuki, and T.

Noda, “Correlation between the compositional and pasting properties of various



potato starches,” Food Chem., vol. 105, no. 1, pp. 164–172, 2007.

[53] JCPDS-International Centre for Diffraction Data, “PDF 00-062-1691,” 2018.

[54] W. Samutsri and M. Suphantharika, “Effect of salts on pasting, thermal, and

rheological properties of rice starch in the presence of non-ionic and ionic

hydrocolloids,” Carbohydr. Polym., vol. 87, no. 2, pp. 1559–1568, Jan. 2012.

[55] A. Imberty, H. Chanzy, S. Pérez, A. Bulèon, and V. Tran, “The double-helical

nature of the crystalline part of A-starch,” J. Mol. Biol., vol. 201, no. 2, pp. 365–378,

Jan. 1988.

[56] S. M. Londoño-Restrepo, N. Rincón-Londoño, M. Contreras-Padilla, B. M. Millan-

Malo, and M. E. Rodriguez-Garcia, “Morphological, structural, thermal,

compositional, vibrational, and pasting characterization of white, yellow, and purple

Arracacha Lego-like starches and flours (Arracacia xanthorrhiza),” Int. J. Biol.

Macromol., vol. 113, pp. 1188–1197, Jul. 2018.

[57] S. Bel Haaj et al., “Starch nanocrystals and starch nanoparticles from waxy maize

as nanoreinforcement : A comparative study,” Carbohydr. Polym., vol. 143, pp.

310–317, 2016.

[58] JCPDS-International Centre for Diffraction Data, “PDF 41-1476.”

[59] T. P. R. dos Santos, M. Leonel, É. L. Garcia, E. L. do Carmo, and C. M. L. Franco,

“Crystallinity, thermal and pasting properties of starches from different potato

cultivars grown in Brazil,” Int. J. Biol. Macromol., vol. 82, pp. 144–149, 2016.

[60] E. Bertoft and A. Blennow, Structure of Potato Starch, Second Edi. Elsevier Inc.,

2016.

[61] F. Zhu and C. Hao, “Molecular structure of Maori potato starch,” Food Hydrocoll.,

vol. 80, pp. 206–211, 2018.

[62] T. Noda et al., “Starch phosphorus content in potato (Solanum tuberosum L.)

cultivars and its effect on other starch properties,” Carbohydr. Polym., vol. 68, no.

4, pp. 793–796, 2007.

[63] A. Venkatesh and A. Boldizar, “Plasticizing starch by adding magnesium chloride

or sodium chloride,” Starch/Staerke, vol. 69, no. 5–6, pp. 1–9, 2017.

Estudio de las modificaciones fisicoquímicas originadas ...

Documents

Transcript of Estudio de las modificaciones fisicoquímicas originadas ...