INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

CENTRO DE DESARROLLO DE PRODUCTOS BIÓTICOS

ESTUDIO FISICOQUÍMICO, NUTRICIONAL Y ESTRUCTURAL

DEL ALMIDÓN DE VARIEDADES DE ARROZ (Oryza sativa

subespecie indica) CULTIVADAS EN MÉXICO

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE

DOCTORADO EN CIENCIAS EN DESARROLLO DE

PRODUCTOS BIÓTICOS

PRESENTA:

CAROLINA ESTEFANÍA CHÁVEZ MURILLO

DIRECTOR:

DR. LUIS ARTURO BELLO PÉREZ

YAUTEPEC, MORELOS, ENERO 2012.

El presente trabajo se realizó en el Laboratorio de Control

de Calidad del Departamento de Desarrollo Tecnológico del

Centro de Desarrollo de Productos Bióticos (CeProBi) del

Instituto Politécnico Nacional, en el Laboratorio de

Carbohidratos del Departamento de Ciencia de Alimentos de

la Universidad de Arkansas (Fayeteville, Arkansas, EUA) y

en el Laboratorio de Reología y Análisis Sensorial de la

misma universidad.

Se agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología

(CONACYT) y al Programa Institucional de Formación de

Investigadores (PIFI) las becas otorgadas para la realización

de estos estudios.

A G R A D E C I M I E N T O S

Al Dr. Luis Arturo Bello Pérez por ser mi director de tesis y tenerme paciencia durante los seis

años que compartimos, por ser el mejor ejemplo de la disciplina que debe tener un profesor-

investigador, por permitirme conocer el mundo fuera de México y también por su tiempo,

apoyo y consejos para la elaboración de este trabajo de tesis.

A la Dra. Ya-Jane Wang por todas las facilidades otorgadas para la realización de la parte

experimental de mi trabajo de tesis, además por considerarme parte de su grupo de trabajo

durante el tiempo que permanecí bajo su tutela.

A la Dra. Ma. Guadalupe Méndez Montealvo por su apoyo durante la realización de parte de mi

trabajo experimental y por el tiempo que me brindó para resolver mis dudas.

A los miembros de mi comité tutorial la Dra. Edith Agama Acevedo, Dr. Javier Solorza Feria y

el Dr. Adrián G. Quintero Gutiérrez, además a los miembros que se integraron para evaluar mi

trabajo de tesis la Dra. Perla Osorio Díaz, Dra. Ma. Guadalupe Méndez Montealvo y la Dra.

Rosalía A. González Soto por sus valiosas observaciones para mejorar mi trabajo de

investigación.

Al personal docente y no docente de CeProBi y de la UARK, que en algún momento de una u

otra manera contribuyeron a mi formación académica y personal.

A mis compañeros del cubículo de alumnos por hacer ameno mi paso por el CeProBi Maribel,

Vicente, Luisa, Erika, Julián, Fandila, Rubí, Heidi, Isaí, Laura, Alma y Javier, nunca olviden

quienes son y lo que valen.

D E D I C A T O R I A

A MIS PADRES, POR ESTAR DETRÁS DE MÍ EN TODO MOMENTO, POR

APOYARME EN CADA PASO QUE DOY, Y POR RECODARME QUE A PESAR

DE LA DISTANCIA NUNCA ESTOY SOLA, GRACIAS POR TODO SU

CARIÑO.

A MI ESPOSO, POR SU AMOR, PACIENCIA, APOYO Y COMPRENSIÓN

DURANTE EL TIEMPO QUE LLEVAMOS JUNTOS ♥.

A MIS HERMANOS POR SU CARIÑO, CONFIANZA Y POR HACERME REÍR

CUANDO LO NECESITO (MCEU).

Índice de Contenido

i

Í N D I C E D E C O N T E N I D O

Página

Índice de contenido i

Índice de cuadros iv

Índice de figuras vi

Resumen viii

Abstract ix

I. Introducción 1

II. Antecedentes 3

2.1 Arroz 3

2.1.1 Origen, diversificación y taxonomía 3

2.1.2 El cultivo de arroz en México 6

2.1.3 Estructura física del grano 12

2.1.4 Composición química 12

2.1.4.1 Proteínas 12

2.1.4.2 Lípidos 14

2.1.4.3 Vitaminas y minerales 15

2.1.4.4 Carbohidratos 15

2.1.4.4.1 Almidón: Morfología, composición química y ubicación de sus componentes dentro del gránulo

16

2.2 Calidad del grano de arroz 25

2.2.1 Calidad molinera 25

2.2.2 Calidad culinaria 27

2.2.3 Calidad nutricional 33

III. Justificación 36

IV. Objetivos 37

Índice de Contenido

ii

4.1 Objetivo general 37

4.2 Objetivos específicos 37

V. Materiales y métodos 38

5.1 Materiales 38

5.2 Métodos 41

5.2.1 Caracterización física del grano 41

5.2.2 Composición proximal 42

5.2.3 Caracterización fisicoquímica del arroz 45

5.2.3.1 Propiedades térmicas 45

5.2.3.2 Propiedades de formación de pasta 45

5.2.3.3 Propiedades texturales 46

5.2.3.3.1 Análisis de la textura en geles de arroz 46

5.2.3.3.2 Análisis de la textura en arroz cocido 47

5.2.4 Medición de las fracciones de almidón de importancia nutricional (ADR, ADL y AR) en el arroz

48

5.2.5 Aislamiento del almidón de arroz 49

5.2.6 Determinación de amilosa aparente en el almidón 50

5.2.7 Análisis fisicoquímico del almidón de arroz 52

5.2.7.1 Hinchamiento y solubilidad 52

5.2.7.2 Determinación de las propiedades térmicas, de formación de pasta y texturales del almidón de arroz

53

5.2.8 Estudio estructural del almidón de arroz 53

5.2.8.1 Difracción de rayos X 53

5.2.8.2 Desramificación de la amilopectina 54

5.2.8.3 Cromatografía de líquidos de alta resolución de exclusión por tamaño acoplada a un detector de índice de refracción (CLARET-IR)

54

5.2.8.4 Cromatografía liquida de alta resolución de intercambio aniónico acoplada a un detector de pulsos amperométricos (CLARIA-DPA)

55

Índice de Contenido

iii

5.2.9 Evaluación de las fracciones de almidón de importancia nutricional (ADR, ADL y AR) en el almidón de arroz

56

5.2.10 Análisis estadístico 57

VI. Resultados y discusión 58

6.1 Caracterización física 58

6.2 Composición proximal 60

6.3 Propiedades térmicas del almidón de arroz 63

6.4 Propiedades de formación de pasta del almidón del arroz 71

6.5 Propiedades texturales del arroz 75

6.6 Fracciones de almidón de importancia nutricional en el arroz (ADR, ADL y AR)

80

6.7 Análisis de correlación para las variables medidas en el arroz 83

6.8 Estudios estructurales en el almidón de arroz 86

6.8.1 Difracción de rayos X 86

6.8.2 Amilosa y estructura fina del almidón 89

6.9 Características térmicas de gelatinización y retrogradación del almidón aislado

94

6.10 Características de formación de pasta del almidón aislado 98

6.11 Capacidad de hinchamiento y porcentaje de sólidos solubles 105

6.12 Análisis de las fracciones de almidón de importancia nutricional en el almidón de arroz

107

6.13 Análisis de correlación de las variables evaluadas en el almidón de arroz

112

VII. Conclusiones 118

VIII. Perspectivas 120

IX. Literatura citada 121

X. Anexo 135

Abreviaturas 141

Índice de Cuadros

iv

Í N D I C E D E C U A D R O S

Cuadro Página

1 Características morfológicas y de apariencia de las variedades clasificadas como arroz Morelos Mexicano y arroz Mexicano.

28

2 Características físicas de los granos de diferentes variedades de arroz.

59

3 Composición proximal de diferentes variedades de arroz. 61

4 Temperaturas, entalpía e intervalo de gelatinización de diferentes variedades de arroz.

64

5 Temperaturas y entalpía de gelatinización de los complejos amilosa-lípidos de diferentes variedades de arroz.

66

6 Temperaturas, entalpía, intervalo de retrogradación y porcentaje de retrogradación de diferentes variedades de arroz.

68

7 Temperaturas y entalpía de retrogradación del del complejo amilosa-lípidos de diferentes variedades de arroz.

70

8 Propiedades de formación de pasta de las diferentes variedades de arroz.

72

9 Propiedades texturales de geles de diferentes variedades de arroz.

76

10 Propiedades texturales de diferentes variedades de arroz cocido.

79

11 Fracciones de almidón de importancia nutricional de diferentes variedades de arroz.

81

12 Matriz de correlación entre las variables evaluadas en diferentes variedades de arroz.

84

Índice de Cuadros

v

13 Porcentaje de cristalinidad, amilosa aparente y distribución de las fracciones de almidón de arroz desramificado.

88

14 Distribución de la longitud de cadena de la amilopectina de diferentes almidones de arroz desramificados.

92

15 Temperaturas, entalpía e intervalo de gelatinización de diferentes almidones de arroz.

95

16 Temperaturas, entalpía y porcentaje de retrogradación de diferentes almidones de arroz.

97

17 Propiedades de formación de pastas y textura de diferentes almidones de arroz.

99

18 Capacidad de hinchamiento y porcentaje de sólidos solubles del almidón de arroz a diferentes temperaturas.

105

19 Fracciones de almidón de importancia nutricional de diferentes almidones de arroz.

107

20 Matriz de correlación entre algunas de las variables analizadas en el almidón de arroz.

112

21 Matriz de correlación entre las fracciones de almidón nutricionalmente importantes y las variables térmicas, de viscosidad y estructurales de los almidones de arroz

115

Índice de Figuras

vi

Í N D I C E D E F I G U R A S

Figura Página

1 a) Arroz a granel de la subespecie indica, b) Vista individual de los granos de arroz (izquierda japónica, derecha indica), c) Arroz a granel de la subespecie japónica.

5

2 Mapa de las regiones agroclimáticas productoras de arroz en la república.

8

3 Diferentes tipos de arroces mexicanos de acuerdo a su calidad. a) Arroz de calidad Morelos, b) Arroz de calidad Milagro y c) Arroz de calidad Sinaloa.

9

4 Mapa de la preferencia del consumidor mexicano hacia los tipos de arroz.

11

5 Vista de la sección transversal de un grano de arroz. 13

6

Morfología del almidón de arroz: d) Células del endospermo teñidas con yodo, g) sección de la imagen anterior donde se representan los gránulos de almidón compuestos y j) imagen del endospermo de arroz obtenida por MEB.

17

7

a) Estructura química de la amilosa; b) Representación de una hélice sencilla de amilosa acomplejada con un ligando cuya cabeza polar queda fuera de la hélice y su cadena alifática dentro de la cavidad.

19

8 a) Estructura química amilopectina; b) Modelo estructural de la amilopectina.

20

9 Modelo estructural de racimo o “cluster” de la amilopectina. 22

10 Arreglo de las láminas cristalinas y amorfas dentro del gránulo de almidón.

22

Índice de Figuras

vii

11 Esquema de la ubicación de sus componentes dentro del gránulo.

24

12 Variedades de arroz de la subespecie indica cultivadas en México.

39

13 Diagrama general del trabajo experimental. 40

14 Vistas frontal y lateral de un grano de arroz pulido. 41

15 Perfiles de formación de pastas de diferentes variedades de arroz.

73

16 Patrón de difracción de rayos X de los almidones de arroz. 87

17 Cromatogramas normalizados de los almidones de arroz desramificados con isoamilasa.

90

18 Perfiles de formación de pastas de diferentes almidones de arroz.

100

Resumen

viii

R E S U M E N

La calidad del grano de arroz está influenciada por las propiedades fisicoquímicas y la estructura de su almidón. En México no se cuenta con información respecto a las características que presenta el almidón de las variedades que se cultivan. El objetivo de este trabajo fue analizar las propiedades fisicoquímicas, nutricionales y estructurales del almidón de arroz (Oryza sativa subespecie indica) y la relación que hay entre ellas. Se utilizaron nueve variedades de arroz representativas de los tres tipos de arroz que se comercializan en México. La forma de los granos de arroz de todas las variedades estudiadas fue medida. El contenido de proteínas, lípidos, cenizas fue de 6.99-11.0%, 0.47-1.22%, 0.48-1.18%, respectivamente, y fueron

significativamente mayores (=0.05) para la variedad A06. El contenido de amilosa varió de 24.3-30.4%, en base a esto las variedades de arroz se clasificaron en contenido de amilosa de intermedio a alto. De acuerdo a su temperatura de pico de gelatinización (TpG) las variedades se clasificaron en dos grupos, el A (A06, Campechano, Cotaxtla y Filipino) con TpG<65 °C y el B (A92, A98, Champotón, Culiacán y Huimanguillo) con TpG>74 °C. La entalpía de gelatinización (∆HG) fue significativamente mayor para los arroces del grupo B. La Tp del complejo amilosa-lípidos tipo I, evaluada durante la gelatinización estuvo en el intervalo de 96.9- 101.5 °C y su ∆H fue de 0.5-1.3 J/g, mientras que en el complejo amilosa-lípidos tipo II se encontraron Tp y ∆H menores. La temperatura de inicio de retrogradación (TiR) fue mayor para las variedades del grupo A, pero el intervalo de retrogradación (IR) y el porcentaje de retrogradación (%R) fueron menores en comparación con los del grupo B. La temperatura de formación de la pasta (Tfp) fue similar a la TpG, los parámetros de formación de pastas estuvieron en el intervalo de 2699-5839 cP, 936-3272 cP, 1928-4739 cP y 3453-8156 cP para la viscosidad de pico (Vp), de rompimiento (Vro), de recuperación (Vre) y final (Vf), respectivamente; la variedad A06 fue la que tuvo las viscosidades más bajas. La dureza y pegajosidad de los geles de harina de arroz después de 1 día de almacenamiento fue más alta para la variedad Huimanguillo (5.2 y 2.7 gf, respectivamente), después de 7 días de almacenamiento, la dureza incrementó para todas las variedades, pero no se observó ninguna tendencia para la pegajosidad. El tiempo de cocción fue mayor para las variedades de tipo Morelos (27 min), seguidas de las tipo Milagro (25 min), y por último las tipo Sinaloa (22 min). Los valores de dureza y pegajosidad del arroz cocido fueron más altos para las variedades del tipo Morelos. Al evaluar las fracciones de almidón que son nutricionalmente importantes en arroz crudo, los resultados mostraron que las variedades del grupo A tuvieron más almidón de digestión rápida (ADR) y menos almidón de digestión lenta (ADL) que los del grupo B. Cuando las muestras se cocieron, el ADR incrementó para todas las muestras, mientras que el ADL y el AR (almidón resistente) disminuyeron, no se observaron diferencias por grupos. Se aisló el almidón de arroz de las variedades estudiadas y se analizó su estructura. La cristalinidad fue más alta para el almidón de las variedades del grupo B. La longitud de cadena promedio de la amilopectina fue mayor para los almidones del grupo B. los almidones del grupo A tuvieron una mayor proporción de cadenas A (GP 6-12) y una menor proporción de cadenas B1 (GP 13-24), los almidones del grupo B tuvieron una tendencia inversa. El análisis estadístico de correlación mostró que la Vp, Vre y Vf son afectadas por el contenido de amilosa, mientras que la Vro es dependiente del contenido de proteínas y de la proporción de cadenas A y B1 de la amilopectina. Se encontró que la digestibilidad del almidón del arroz crudo también es dependiente de la distribución de cadenas de la amilopectina, pero esta dependencia desapareció en el arroz cocido. Las propiedades fisicoquímicas y nutricionales del almidón de arroz mostraron un efecto significativo de la distribución de la longitud de cadena de la amilopectina.

Abstract

ix

A B S T R A C T

The quality of the rice grain is influenced by the physicochemical properties and structure of starch. In Mexico, there is not information regarding the features of starch present in rice varieties. The objective of this work was to analyze the physicochemical, nutritional and structural properties of rice starch (Oryza sativa subspecies indica), and study the relationship among them. Nine rice varieties, representing the three types of rice sold in Mexico, were used. The shape of the grains of all varieties studied was medium. Protein, lipid and ash contents were 6.99-11.0%, 0.47-1.22%, 0.48-1.18%, respectively and were significantly higher (=0.05) for A06 variety. Amylose content ranged 24.3-30.4%, based on this parameter rice varieties were classified as intermediate and high amylose content. According to their peak gelatinization temperature (Tp) varieties were classified in two groups, the group A (A06, Campechano, Cotaxtla and Filipino) with Tp<65 °C and group B (A92, A98, Champoton, Culiacan and Huimanguillo) with Tp>74 °C. Gelatinization enthalpy (∆HG) was significantly higher for rice varieties of group B. Tp and ∆H of amylose-lipid complex type I during gelatinization ranged between 96.9- 101.5 °C and 0.5-1.3 J/g, respectively, while in amylose lipid complex type II Tp and ∆H were lower. Onset temperature of retrogradation (ToR) was higher for rice varieties of group A, but the gelatinization range and percent of retrogradation were lower in comparison with those of group B. Pasting temperature was similar than TpG, pasting viscosity ranged between 2699-5839 cP, 936-3272 cP, 1928-4739 cP and 3453-8156 cP for peak, breakdown, setback and final, respectively; A06 variety had the lowest viscosities. Hardness and stickiness of rice flour gels after 1 day of storage were higher for Huimanguillo variety (5.2 and 2.7 gf, respectively), after 7 days of storage hardness increased for all varieties, but stickiness did not show any trend. Cooking time followed this order: Morelos type varieties (27 min), Milagro type varieties (25 min) and Sinaloa type varieties (25 min). The evaluation of nutritional important starch fractions in raw rice showed that group A had more rapidly digestible starch (RDS) and lower slowly digestible starch (SDS) in comparison with those of group B. When samples were cooked, RDS increased for all samples, while SDS and RS (resistant starch) decreased, no differences were observed between groups. Rice starch was isolated from the varieties studied and its structure was analyzed. Cristallinity was higher for starches of group B. The amylopectin average chain length was higher for those starches of group B. Starches from group A showed higher proportion of chains A (DP 6-12) and lower proportion of chains B1 (DP 13-24), starches from group B had the opposite trend. The statistically correlation analysis showed that peak viscosity, setback viscosity, and final viscosity were affected by the amylose content, and breakdown viscosity was influenced by protein content and the proportion of amylopectin chains type A and B1. It was found that raw starch digestibility is affected by the amylopectin chain length distribution, but this relationship disappears when rice was cooked. The physicochemical and nutritional properties of rice starch showed a significantly effect of the amylopectin chain length distribution.

Introducción

1

I. I N T R O D U C C I Ó N

El arroz representa la especie agrícola más importante para los humanos, ha

alimentado más gente desde la época de su domesticación que ningún otro cultivo.

Además, es la fuente primaria de alimento y sustento para más de un tercio de la población

del planeta, y es producido en cada continente en tierras cultivables (Kovach et al., 2007).

De acuerdo a la FAO, en el año 2010 se consumieron aproximadamente 454 millones de t

de arroz pulido (arroz sin cáscara, salvado y germen), satisfaciendo el 20% de la aportación

calórica total en el planeta (FAO, 2011). En los países consumidores de arroz, los rasgos

de calidad del grano dictan su valor en el mercado y definen la adopción de una nueva

variedad. Las características de calidad abarcan la apariencia, las propiedades sensoriales,

culinarias y recientemente, el valor nutricional. El valor de cada característica varía de

acuerdo a la gastronomía y cultura de la región (Fitzgerald et al., 2009).

El arroz es el único cereal que se consume con un procesamiento mínimo y en

forma de grano entero. El principal componente del grano es el almidón (≈90%). Este

biopolímero define en gran parte las propiedades fisicoquímicas y culinarias del arroz al

interactuar con el resto de los componentes del endospermo (Fitzgerald, 2004). El

contenido de amilosa es usado comúnmente para predecir la textura del arroz después de

la cocción. Los granos de arroz cocidos con contenido alto de amilosa (>24%) son

usualmente firmes, secos y no adhesivos, mientras que los de contenido bajo de amilosa

(10-19%) son más adhesivos, húmedos y suaves (Iturriaga et al., 2006). Por otro lado, la

adhesividad, definida como la fuerza de cohesión en la superficie del arroz, es atribuida a la

amilopectina, cuya estructura se categoriza dependiendo de la longitud de sus

Introducción

2

ramificaciones, que también influyen en la temperatura de gelatinización del almidón, las

propiedades de formación de pastas y en la dureza del arroz cocido (Bao et al., 2007). Los

alimentos ricos en almidón difieren en sus velocidades de digestión, ésta característica

también es afectada por la estructura del almidón. Los granos de arroz con contenido alto

de amilosa se digieren más lentamente, pero algunos autores reportan lo contrario (Rao,

1971; Panlasigui et al., 1991), indicando que solamente el contenido de amilosa no predice

la velocidad de digestión del arroz. Benmoussa et al. (2007) reportaron que el almidón de

digestión lenta presentó una correlación positiva con las cadenas largas e intermedias de la

amilopectina, por lo tanto ésta consideración es importante al momento de desarrollar

cultivares de arroz con baja respuesta glucémica.

En México, con el fin de mejorar el rendimiento del grano entero, los estudios se

enfocan principalmente a mejorar las características agronómicas del cultivo, incrementar

la producción por unidad de superficie, inducir su resistencia a problemas fitosanitarios y a

modernizar los procesos de industrialización (Martínez et al., 2005). En años recientes,

también se ha buscado aumentar el contenido de proteína y desarrollar variedades de la

subespecie japónica (Martínez et al., 2005, Maldonado y Ventura, 2007). Sin embargo, de

las variedades sembradas y comercializadas en México, es escasa la información de la

influencia del almidón sobre la funcionalidad del grano, factor que es determinante al

momento de escoger variedades con fines alimentarios específicos. Por lo cual, en este

trabajo se realizó una caracterización fisicoquímica, nutricional y estructural del almidón

de arroz. Información que es importante para entender el impacto del almidón sobre la

funcionalidad de las variedades de arroz que se cultivan en México.

Antecedentes

3

II. A N T E C E D E N T E S

2.1 Arroz

2.1.1 Origen, diversificación y taxonomía

El origen del arroz es un tema que hasta la actualidad ha generado diversas

hipótesis; a pesar de que es uno de los cultivos más antiguos, aún no se ha podido

determinar el tiempo y lugar exacto de su origen. A pesar de ese desconocimiento, la

domesticación del arroz fue uno de los progresos más importantes de la historia. El arroz

es a la fecha un cultivo básico para millones de personas en el mundo (IRRI, 2011).

Hace más de 10, 000 años, las culturas antiguas comenzaron a recolectar y

consumir Oryza rufipogon y Oryza nivara, plantas herbáceas silvestres que crecían en los

pantanos a través de Asia tropical y subtropical. Se tiene la teoría de que el arroz se

cultivó por primera vez en la India, ya que ahí abundan los arroces silvestres, pero el

desarrollo del cultivo se dio en China (Franquet y Borràs, 2004). Por un proceso de

selección continua de características deseables, los agricultores lentamente transformaron

a los progenitores silvestres en el arroz cultivado o sembrado (Kovach et al., 2007).

El arroz pertenece al género Oryza, a la tribu Oryzeae, de la subfamilia

Bambusoideae perteneciente a la familia de las Gramíneas. El género Oryza (que en griego

significa oriental) incluye 21 especies silvestres y 2 cultivadas de importancia en la

alimentación humana, O. glaberrima y O. sativa. De estas dos últimas especies, O.

glaberrima se cultiva únicamente en regiones del occidente de África, por lo cual se le

Antecedentes

4

denomina comúnmente arroz africano, a diferencia de O. sativa que es cultivado

mundialmente y se conoce como arroz asiático (Kovach et al., 2007).

A pesar de que el arroz tiene un lugar importante en el desarrollo de la agricultura,

la evolución e historia de O. sativa aún no está completamente entendida. Dentro de la

especie O. sativa existe una variación amplia en la morfología, ecología y fisiología, como

resultado de la selección y adaptación a diferentes hábitats y condiciones de crecimiento a

través del globo. Actualmente, O. sativa posee 120,000 cultivares, desde arroces

tradicionales preservados por agricultores indígenas locales, hasta arroces élite producidos

con fines comerciales durante la revolución verde (Londo et al., 2006).

La mayoría de los cultivares de arroz se agrupan dentro de dos subespecies o razas

de arroz, Oryza sativa japónica (granos cortos opacos) y Oryza sativa indica (granos largos

translucidos) (Figura 1), en base a un número de rasgos morfológicos y fisiológicos como

la forma del grano, tolerancia a la sequía, sensibilidad al clorato de potasio, reacción al

fenol, altura de la planta, color de las hojas, entre otros. Estas dos subespecies también se

asocian con diferentes hábitats de crecimiento en términos ecogeográficos; el arroz indica

usualmente se encuentra en las tierras bajas de Asia tropical y el arroz japónica,

típicamente se encuentra en las zonas templadas y altiplanos del este y sudeste de Asia, así

como en África y América. O. sativa japónica a su vez, se diferencia en las formas tropicales

(javánica) y templadas (japónica), siendo la forma templada un derivado de la forma tropical

(Garris et al., 2005; Londo et al., 2006).

Con el avance de la ciencia en el área de biología molecular, se pudieron usar

herramientas como el análisis de polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción

Antecedentes

5

Figura 1. a) Arroz a granel de la subespecie indica, b) Vista individual de los granos de

arroz (izquierda japónica, derecha indica), c) Arroz a granel de la subespecie japónica.

a)

b)

c)

Antecedentes

6

(o RFLP del inglés “restriction fragments length polymorphism”) para subdividir las

subespecies indica y japonica en seis grupos varietales indica, japónica, aus, aromático, rayada

y ashina. Aus, rayada y ashina son grupos menores pertenecientes al ecotipo indica, y todos

se distribuyen geográficamente a lo largo de la cordillera del Himalaya. El arroz aus es

tolerante a la sequía y se cultiva en Bangladesh. Rayada y ashina son arroces flotantes de

Bangladesh e India, respectivamente. El arroz aromático como el Basmati de Pakistán,

Nepal e India, el Jazmín de Tailandia y el Sadri de Irán, poseen un aroma distintivo a

palomitas de maíz que los hace arroces más caros debido a su calidad (Khush, 2000; Garris

et al., 2005).

2.1.2 El cultivo de arroz en México

O. sativa fue introducida al Nuevo Mundo por los colonizadores europeos. Los

españoles trajeron la subespecie japónica a la Nueva España alrededor del año 1550,

mientras que el arroz de subespecie indica llegó a México desde Filipinas alrededor de

1695 a través de los viajes del Galeón Español que navegaba de Manila a Acapulco, Gro.

Para el año 1800, este cereal ya se sembraba en parcelas pequeñas en los estados de

Guerrero y Veracruz, y el cultivo en si se estableció en el estado de Morelos hasta 1867,

cuando se comenzaron a cultivar algunos ecotipos de O. sativa en el municipio de Jojutla,

desde donde se extendió a otras zonas tropicales del país (Hernández et al., 1994).

El cultivo de arroz en México ocupa en cuanto a producción de cereales, el quinto

lugar después del maíz, sorgo, trigo y cebada y en cuanto a consumo el cuarto (consumo

Antecedentes

7

anual per cápita 6 kg) después del maíz, trigo y frijol, por lo tanto forma parte importante

de la dieta básica de la población mexicana (Salcedo y Barrios, 2010; Díaz, 2011).

Esta gramínea se siembra en dos regiones agroclimáticas (Figura 2), que se

diferencian principalmente por sus regímenes termo pluviométricos y las fuentes de

suministro de agua para satisfacer las necesidades hídricas de la planta, el trópico seco y el

trópico húmedo (Rodríguez y Lara, 2003). La región del trópico seco está conformada por

los estados de Nayarit, Michoacán, Colima, Jalisco, Morelos, Guerrero, Sinaloa, Estado de

México y Puebla, siendo los primeros dos estados los que tienen la mayor producción de

arroz palay (grano con cáscara) en esa región. La zona del trópico húmedo está constituida

en orden de producción por Campeche, Veracruz, Tabasco, Tamaulipas, Chiapas y Oaxaca.

De ambas zonas los estados de Nayarit, Campeche, Veracruz y Michoacán produjeron el

67.8 % del arroz palay cosechado durante el año 2010 (217,000 t). Debido a las condiciones

climatológicas y geográficas, los estados de Morelos, Estado de México, Puebla y

Guerrero, son los únicos que alcanzan un rendimiento por arriba de 6 toneladas/hectárea,

Morelos destaca entre ellos al alcanzar un rendimiento de hasta 10 t/ha (SIAP, 2011).

La subespecie japónica fue la primera en introducirse al país, sin embargo, ésta no

fue aceptada debido a que al cocinarse se pegaba y era apelmazable, situación que no fue

del agrado de los primeros mestizos de la Nueva España (Tavitas y Hernández, 2004). Las

variedades que se cultivan en las zonas arroceras del país pertenecen a la subespecie indica

y se identifican o clasifican comercialmente como “calidad” (Figura 3). El arroz de “Calidad

Morelos” es un grano extragrande, ancho con 20% de panza blanca (mancha yesosa

localizada en la zona ventral del endospermo del grano), el arroz “Calidad Milagro” es un

Antecedentes

8

Figura 2. Mapa de las regiones agroclimáticas productoras de arroz en la república.

Fuente: Rodríguez y Lara (2003).

Antecedentes

9

Figura 3. Diferentes tipos de arroces mexicanos de acuerdo a su calidad. a) Arroz de

calidad Morelos, b) Arroz de calidad Milagro y c) Arroz de calidad Sinaloa.

a) b)

c)

Antecedentes

10

grano corto, ancho con 10% de panza blanca y el de “Calidad Sinaloa” es un grano

mediano, delgado y translúcido (Hernández y Tavitas, 2005). En nuestro país, la población

tiene preferencias definidas en cuanto al tipo de grano de arroz que consume (Figura 4), el

arroz de tipo Morelos se consume en el D.F., Colima, Jalisco, Aguascalientes, Guanajuato

y Morelos; el arroz tipo Milagro en San Luis Potosí, Querétaro, Hidalgo, Puebla,

Tlaxcala, Estado de México, Michoacán y Guerrero; el arroz tipo Sinaloa es consumido en

el resto del país (18 entidades federativas), siendo este tipo de arroz el más demandado

(Rodríguez y Lara, 2003). De acuerdo a los precios de diferentes centrales de abastos en la

república mexicana, el precio promedio del arroz empacado por kg es de $9.5, $10.3, y

$19.3 para arroz tipo Sinaloa, Milagro y Morelos, respectivamente (InfoASERCA, 2011).

De los tres tipos de arroz producidos en el país, el arroz de “Calidad Morelos” es el

que goza de mayor prestigio, debido a que se considera un grano con alta calidad

industrial y culinaria, en comparación con otras variedades. Sin embargo, algunos

comercializadores hacen pasar al arroz de tipo Milagro como arroz de tipo Morelos o

realizan mezclas entre variedades, aprovechando una característica común en ellos, la

presencia de un centro blanco; así el comercializador obtiene ventajas económicas puesto

que el arroz Milagro es de menor precio que el Morelos.

En México hasta 1987, el cultivo de arroz ocupaba una posición importante en la

agricultura y el país se mantuvo autosuficiente en cuanto a este cereal. Sin embargo, a

partir partir de 1994 con la entrada en vigor del TLCAN (Tratado de Libre Comercio con

América del Norte), nuestro país ha importado 7 millones de toneladas de arroz tipo

Sinaloa, principalmente de Estados Unidos.

Antecedentes

11

Figura 4. Mapa de la preferencia del consumidor mexicano hacia los tipos de arroz.

Fuente: Rodríguez y Lara (2003).

Antecedentes

12

2.1.3 Estructura física del grano

Los granos de arroz palay están conformados por una cariópside, cuatro brácteas, y

una rachilla que constituyen la cáscara (Figura 5). Las brácteas mayores, lema y pálea

encierran completamente a la cariópside y están sostenidas por las brácteas menores.

Cuando la cáscara es removida, la cariópside (fruto maduro indehiscente) se conoce como

arroz integral o moreno. El arroz integral se compone del pericarpio, capa de aleurona,

embrión y endospermo. El pericarpio es la capa externa que forma parte del salvado el cual

es rico en lípidos, proteínas, compuestos antioxidantes y fibra. El embrión esta contenido

dentro de la capa de aleurona que recubre el endospermo amiláceo. Cuando se remueve la

cascara, las capas de salvado y el germen el arroz toma el nombre de arroz pulido, arroz

blanco o simplemente arroz. El interior del arroz pulido se conoce como endospermo y es

la fracción mayoritaria del grano de arroz. El arroz pulido se compone aproximadamente

de 78% de almidón, 7% de proteína, 0.4% de fibra, 0.4% de lípidos, 0.5% de cenizas y 14%

de humedad. En base seca, el arroz pulido está conformado aproximadamente por 90% de

almidón y 8% de proteína (Champagne et al., 2004).

2.1.4 Composición química

2.1.4.1 Proteínas

El contenido de proteína en el arroz pulido es generalmente de ≈7%, este valor

se considera relativamente bajo si se compara con el de otros cereales. Sin embargo, las

proteínas tienen una influencia significativa en las propiedades estructurales, funcionales y

nutricionales del arroz, además de ser considera hipoalergénica (Shih, 2004).

Antecedentes

13

Figura 5. Vista de la sección transversal de un grano de arroz.

Fuente: Juliano (1994).

Antecedentes

14

El arroz integral tiene más proteína (>10%) que el arroz pulido, ya que en éste

último el salvado y el germen son removidos (Shih, 2004). Las proteínas del endospermo

se encuentran en forma de cuerpos proteicos con tamaños de 1 a 4 µm y se concentran en

las células de la periferia dorsal y lateral. Las proteínas del arroz se componen de varias

fracciones: 5% de albúmina (hidrosoluble), 10% de globulina (soluble en sal), 5% de

prolamina (soluble en alcohol) y 80% de glutelina (soluble en álcali) conocida como

oryzenina. Las proteínas de las capas externas del arroz tienen una mayor proporción de

albúmina, y esta proporción disminuye hacia el centro del grano de arroz, mientras que la

glutelina tiene una distribución inversa (Juliano, 1994). El arroz es deficiente en lisina

(aminoácido esencial), pero tiene un contenido significativo de aminoácidos azufrados

como cisteína y metionina; la combinación del arroz con alguna leguminosa, complementa

el perfil de aminoácidos para un mejor balance nutricional (FAO, 2004).

2.1.4.2 Lípidos

Los lípidos en arroz, a pesar de no ser un compuesto abundante, son importantes

ya que contribuyen a la calidad sensorial, culinaria y funcional. El arroz integral contiene

aproximadamente 3% de lípidos, éstos se concentran en el salvado y se encuentran en

forma de cuerpos lipídicos o esferosomas con un diámetro de 0.7-1.5 µm. En el arroz

pulido se tiene de 0.3 a 0.5% de lípidos, de los cuales el 62% corresponde a lípidos no

amiláceos (lípidos residuales del salvado y de la superficie del gránulo de almidón), y el

38% restante a lípidos amiláceos (localizados dentro del gránulo de almidón), ambos

conformados por lípidos neutros, glucolípidos y fosfolípidos.

Antecedentes

15

El contenido de lípidos se usa como una medida del grado de pulido del arroz

integral y se conoce como DOM (del inglés “degree of milling”). El DOM se obtiene al

comparar el contenido de lípidos en el arroz pulido en relación al contenido de lípidos del

arroz integral (Sun y Siebenmorgen, 1993).

2.1.4.3 Vitaminas y minerales

En el arroz integral, el contenido de vitaminas es de 2 a 10 veces más que en el

arroz pulido, para el caso de los minerales este es de 2 a 3 veces más. Las vitaminas de

mayor presencia en el arroz pulido son la tiamina (B1), riboflavina (B2), niacina (B3) y

piridoxina (B6), y solo contiene trazas de las vitaminas A, D y C. En cuanto a los

minerales, los principales macroelementos son magnesio, potasio, azufre y fosforo, y los

principales microelementos son hierro, manganeso, zinc y aluminio (Champagne et al.,

2004). La pérdida de nutrientes durante el pulido del arroz se compensa si el arroz es

enriquecido con tiamina, riboflavina, niacina y hierro, además de fortificarlo con ácido

fólico (Wright, 2004). Si bien esta práctica se lleva a cabo en muchos países, en el caso de

México, solo se enriquecen harinas y cereales para el desayuno derivados del arroz.

2.1.4.4 Carbohidratos

El valor nutritivo del arroz radica principalmente en el aporte calórico que

brinda. Este cereal proporciona el 20% del suministro de energía alimentaria del mundo,

en tanto que el trigo suministra el 19% y el maíz el 5% (FAO, 2004). El carbohidrato

mayoritario presente en el arroz es el almidón, que constituye el ≈90% (b. s.) del peso del

Antecedentes

16

arroz pulido. La concentración de almidón en el grano incrementa de la superficie del

endospermo hacia el centro, mientras que la concentración de proteínas tiene el

comportamiento inverso (Champagne et al., 2004). El contenido de fibra dietética en el

arroz pulido varia de 0.5-4%, mientras que el arroz integral puede contener hasta tres

veces más siendo la mayoría fibra insoluble (Li et al., 2011; Savitha y Singh, 2011). Al ser

el almidón la fracción mayoritaria del endospermo de arroz, la estructura de sus

componentes y sus propiedades fisicoquímicas determinan su funcionalidad, es por esto

que se hace una descripción más a fondo del almidón en el siguiente subtema.

2.1.4.4.1 Almidón: Morfología, composición química y ubicación de sus

componentes dentro del gránulo

En la naturaleza, el almidón existe en forma de gránulos que se diferencian de

acuerdo a su fuente botánica en forma, tamaño y posición del hilum (punto donde el

gránulo comienza a crecer). El arroz solo contiene gránulos de almidón compuestos, es

decir, muchos gránulos se desarrollan simultáneamente dentro del mismo amiloplasto. Los

gránulos compuestos tienen un diámetro de hasta 150 m formados por 20-60 gránulos

individuales; los gránulos compuestos llenan el espacio dentro de las células del

endospermo, sin embargo, en el arroz waxy el endospermo es opaco porque hay espacios

de aire entre los gránulos de almidón. El gránulo de almidón de arroz es uno de los más

pequeños dentro de los cereales, su tamaño varia de 3-8 m, tiene forma angular y

poligonal y es de superficie lisa (Figura 6) (Bao y Bergman, 2004).

Antecedentes

17

Figura 6. Morfología del almidón de arroz: d) Células del endospermo teñidas con yodo,

g) sección de la imagen anterior donde se representan los gránulos de almidón compuestos

y j) imagen del endospermo de arroz obtenida por MEB. Barras= 20 m.

Fuente: Matsushima et al. (2010).

Antecedentes

18

El almidón está compuesto por una mezcla de dos macromoléculas con diferente

estructura, una fracción lineal que es la amilosa, y una fracción ramificada que es la

amilopectina. El contenido y la estructura de la amilosa y la amilopectina, son las

características que afectan principalmente las propiedades funcionales del almidón. La

amilosa está compuesta por cadenas largas conformadas por moléculas de glucosa unidas

mediante enlaces -1,4, pero también tiene algunos puntos de ramificación con enlaces -

1,6 (Figura 7a). El contenido de amilosa en la mayoría de los almidones es de 15 a 25%. En

base a su contenido de amilosa, el arroz puede ser glutinoso o ceroso (del inglés “waxy”)

con un contenido de amilosa del (0-2%), muy bajo en amilosa (3-12%), bajo en amilosa (13-

20%), de amilosa intermedia (21-24%) o alto en amilosa (25-33%) (Juliano, 1994). Por otro

lado, se tiene reportado que la amilosa de arroz tiene un grado de polimerización (GP) y

una longitud de cadena (LC) en el intervalo de 987-1225 y 276-430 unidades de glucosa

(UG), respectivamente (Lii et al., 1998). Takeda et al. (1986) reportaron para amilosa de

arroz un GP de 920-1110 UG, LC de 230-370 UG y un número de cadenas ramificadas

por molécula de 2.5-4.3, además, concluyen que la estructura de la amilosa difiere entre

especies y dentro de la misma especie. La amilosa puede formar un complejo de inclusión

en forma de hélice sencilla, con agentes acomplejantes o formar una doble hélice entre sí

misma, cuando no hay agentes acomplejantes disponibles como los alcoholes, los ácidos

grasos o el yodo (Figura 7b).

La amilopectina es una molécula altamente ramificada, con unidades de glucosa

unidas por enlaces -1,4 (en un 95%) en forma lineal y enlaces -1,6 (en un 5%) en los

puntos de ramificación (Figura 8a) (Tester et al., 2004). La amilopectina es una de las

moléculas biológicas más grandes, con un peso molecular en el intervalo de 106-109 g/mol,

Antecedentes

19

Figura 7. a) Estructura química de la amilosa; b) Representación de una hélice sencilla de

amilosa acomplejada con un ligando cuya cabeza polar queda fuera de la hélice y su cadena

alifática dentro de la cavidad.

Fuente: (a) Liu (2005); (b) Garret y Grisham (2010).

a)

b)

Antecedentes

20

Figura 8. a) Estructura química amilopectina; b) Modelo estructural de la amilopectina.

Fuente: (a) Liu (2005); (b) Robin et al. (1974).

a)

b)

Antecedentes

21

dependiendo de la fuente botánica de almidón, el método de fraccionamiento y la técnica

usada para determinar el peso molecular. Con el paso de los años y el avance en la

tecnología se han postulado varios modelos estructurales para la amilopectina. French

(1972) propuso el modelo de “cluster” o racimo, para describir la forma en la cual la

estructura ramificada de la amilopectina se conforma en los gránulos de almidón nativo

(Figura 8b). En este modelo, a partir de los puntos de ramificación, se forman dobles

hélices con apariencia de racimos, que al estar formados por cadenas lineales (GP de 12-

70), son más cristalinos que las zonas donde se forma la ramificación mediante el enlace -

1,6. Además, los racimos forman láminas cristalinas delgadas, que se alternan con regiones

menos cristalinas (amorfas), compuestas por los puntos de ramificación (Pérez et al., 2009).

Peat et al. (1952), reportaron evidencia de que la amilopectina de maíz waxy

presentaba múltiples ramificaciones, para distinguir a cada cadena, estas se agruparon en

categorías (Figura 9). Las cadenas A están unidas a otras cadenas (B o C) mediante sus

extremos reductores, a través de un enlace -1,6, pero ellas no están ramificadas. Las

cadenas B pueden estar unidas a otra cadena B o a la cadena principal, conocida como

cadena C (que posee el único extremo reductor libre de la molécula) (Jane, 2009). En 1986,

Hizukuri reportó que al separar a las cadenas de la amilopectina, se obtiene una

distribución polimodal: A, B1, B2, B3 y B4. Las cadenas A y B1 están en un solo racimo o

“cluster” mientras que las cadenas B2, B3 y B4, se extienden dentro de 2, 3 y 4 o más

racimos, respectivamente. Años después, Hanashiro et al. (1996) encontraron que las

cadenas A tienen un GP de 6-12, las B1 de 13-24, las B2 de 25-36 y las B3 >37, siendo

esta agrupación una de las más usadas y que mejor se correlaciona con los parámetros

térmicos y la estructura cristalina del almidón.

Antecedentes

22

Figura 9. Modelo estructural de racimo o “cluster” de la amilopectina.

Fuente: Hizukuri (1986).

El almidón es un material que posee estructura cristalina específica, debido al

empaquetamiento que presenten sus dobles hélices (Figura 10). El empaquetamiento de la

celda de almidón tipo A es monoclínico, con 4 moléculas de agua por cada 12 residuos de

glucosa, mientras que para la celda de almidón tipo B, el empaquetamiento es hexagonal y

cada celda contiene 36 moléculas de agua (Imberty et al., 1988).

Figura 10. Arreglo de las láminas cristalinas y amorfas dentro del gránulo de almidón.

Fuente: Zeeman et al. (2010)

Antecedentes

23

En base a estudios de difracción de rayos X, se observó que la variabilidad en el

contenido de amilosa en la estructura interna del almidón de maíz, cebada y chícharo,

provoca un cambio en el orden estructural dentro de los cristales de amilopectina Jane

(2009). En la Figura 11 se muestra el modelo esquemático propuesto para la sección

transversal del gránulo de almidón. En el diagrama, la amilosa y el complejo amilosa-

lípidos están presentes en la zona amorfa, parte de las cadenas exteriores de la

amilopectina se muestran formando dobles hélices y forman la zona cristalina. A partir de

este modelo se pudo concluir que:

A) La amilosa se encuentra en forma de hélice sencilla y puede co-cristalizar con

la amilopectina formando dobles hélices.

B) La amilosa y los lípidos se encuentran más concentrados en la periferia del

gránulo, la amilosa presente en esa área tiene cadenas de menor tamaño en comparación

con la amilosa que se ubica hacia el centro del gránulo, lo que facilita su salida del gránulo

durante la gelatinización.

C) La amilopectina en las regiones internas del gránulo, tiene cadenas con una

longitud mayor que las de la periferia (Jane, 2009).

Antecedentes

24

Figura 11. Esquema de la ubicación de sus componentes dentro del gránulo.

Fuente: Jane (2009).

Antecedentes

25

2.2 Calidad del grano arroz

Definir o conceptualizar la palabra calidad en relación al arroz no es sencillo, ya

que la preferencia varía de país a país, además, es dependiente de sus hábitos culturales y el

uso que se le dé a los granos (IRRI, 2011). La mayoría de los consumidores prefieren la

mejor calidad que puedan pagar. La calidad del grano de arroz comprende un conjunto de

caracteres que corresponden a criterios subjetivos (características determinadas por la

preferencia individual como sabor, apariencia, olor) y objetivos (características que son

independientes de la opinión personal y pueden ser físicas como la textura y el color, o

químicas como el valor nutricional). La calidad es determinada por las características

físicas y químicas cuantificables, que pueden ser genéticas (la temperatura de

gelatinización de su almidón o el tamaño del grano de arroz) o adquiridas (el color o la

humedad). Las características que presente el arroz no dependen solo de la variedad,

también influye el ambiente en el que se desarrolla el cultivo y el manejo pre y post

cosecha (Rice Knowledge Bank, 2011). De manera general, en el grano de arroz están

involucrados tres tipos de calidad: molinera, culinaria y nutricional.

2.2.1 Calidad molinera

El arroz se comercializa después de someterlo a un proceso de abrasión, donde es

descascarillado y pulido; la integridad del grano durante el tratamiento de abrasión

determina la calidad molinera. Por otro lado, se identifica como un arroz de alta calidad,

aquel cuyo conjunto de granos presenta homogeneidad de tamaño, forma, color y

translucidez, que cumplen con las normas establecidas (Livore, 2004). En el caso de

Antecedentes

26

México, el porcentaje de granos enteros pulidos después el proceso molinero, debe ser

superior al 50% en relación al arroz palay, para que una variedad pueda ser liberada en el

país (Hernández y Tavitas, 2005).

La mayor o menor susceptibilidad del grano a fisurarse depende de variables

ambientales y genéticas. Las ambientales son provocadas por estrés abiótico (déficit

hídrico, alta temperatura, momento de fertilización, humedad de la cosecha y temperatura

y velocidad de secado) y biótico (enfermedades causadas por hongos). Las genéticas se

refieren fundamentalmente a la regulación de los mecanismos que intervienen en el

llenado del grano. La velocidad de llenado y su dependencia de la temperatura en esta

etapa fisiológica, determina la fragilidad del endospermo y por consiguiente su

sensibilidad al quebrado, que repercute finalmente en el valor comercial del arroz. Una

velocidad de llenado relativamente extendida en el tiempo, favorece la formación de un

grano compacto y de endospermo vítreo, previniendo así la sensibilidad al quebrado y la

presencia de áreas opacas o yesosas (del inglés “chalkiness”) en el endospermo que facilitan

el rompimiento del grano, disminuyendo la calidad (Livore, 2004).

En algunas variedades de arroz, la presencia de zonas opacas conocidas como

“panza blanca”, “centro blanco” o “dorso blanco” (dependiendo de su ubicación en el

endospermo) no disminuye la calidad sino que por el contrario, aumenta su valor en el

mercado. Ejemplos de esto es el arroz usado para elaborar sake (bebida de arroz

fermentado) que presenta un centro blanco que absorbe más agua y facilita la fermentación

(Yoshizawa y Ogawa, 2004); igualmente el arroz arborio utilizado para hacer platillos

italianos tradicionales y que es famoso por su capacidad de absorber sabores (Wilkinson y

Champagne, 2004).

Antecedentes

27

La apariencia del arroz pulido también es importante para los consumidores,

siendo el tamaño y la forma, los dos parámetros utilizados para clasificar el arroz para su

industrialización y comercialización, sin embargo, esto no es un parámetro de calidad.

Para clasificar al arroz en cuanto tamaño y forma, se utiliza la Norma Mexicana NMX-

FF-035-SCFI-2005. Por su longitud, el arroz se clasifica en: grano corto (<5.6 mm),

medio (5.6-6.5 mm), largo (6.6-7.5 mm) y extra largo (>7.5 mm). La forma se obtiene

dividiendo la longitud entre el ancho (l/a), de la relación obtenida, el grano se cataloga

como redondo (l/a=1), oblongo (l/a= 1.1-2.0), media (l/a= 2.1-3.0) y delgada (l/a= >3.0).

La Norma Mexicana, también dicta las características morfológicas y de apariencia que

deben presentar las variedades de arroz que se cultivan en el país (Cuadro 1). Las

preferencias por el tamaño y forma del arroz varían de un grupo de consumidores a otro,

pero en el mercado internacional el arroz de grano largo es el que tiene más demanda.

2.2.2 Calidad culinaria

El sustantivo femenino “culinaria”, hace referencia al arte de guisar o de presentar

un platillo, por eso es una palabra utilizada ampliamente para definir la calidad que está

relacionada con la textura, el sabor y la apariencia del grano después de su cocimiento,

características que varían de un país a otro. El arroz de la subespecie indica, a la que

pertenecen las variedades que se han liberado a la fecha en México para su cultivo

comercial, se caracterizan por su contenido intermedio de amilosa, porque los granos se

mantienen separados y secos después de la cocción y por su textura suave (Hernández y

Tavitas, 2005). En el Programa de Mejoramiento Genético del Arroz del INIFAP, la

selección de la calidad culinaria se ha efectuado con base en cuatro parámetros: contenido

Antecedentes

28

Cuadro 1. Características morfológicas y de apariencia de las variedades clasificadas

como arroz Morelos mexicano y arroz mexicano.

Variedad Largo Ancho Longitud y

forma Apariencia

Morelos mexicano

7.4-8.4 2.48-2.81 Extra largo

Delgado Panza blanca

Opacidad (>20%)

Arroz mexicano (Milagro y

Sinaloa)

6.0-6.3 2.40-2.70 Medio Media

Panza blanca Opacidad (5-10%)

5.9-6.3 2.30-2.60 Medio Media

Cristalino

6.6-6.7 2.15-2.18 Largo Media

Cristalino

6.4-6.5 2.10-2.15 Medio Media

Cristalino

Fuente: NMX-FF-035-SCFI-2005.

Antecedentes

29

de amilosa, temperatura de gelatinización, consistencia del gel y pruebas de cocción. Cada

una de ellas se describe a continuación:

Contenido de amilosa.- Por muchas décadas, la calidad culinaria del arroz se atribuyó

a su contenido de amilosa. Generalmente, conforme el contenido de amilosa incrementa, la

firmeza después de la cocción también. Sin embargo, dada la diversidad genética del arroz,

se ha encontrado que en arroces altos en amilosa, la textura después de su cocción puede

ser suave o dura, indicando que existen otros factores que influyen en la textura final de

un arroz cocido (Fitzgerald et al., 2009).

La amilosa se determina en la mayoría de los laboratorios en base a una técnica

colorimétrica, que puede subestimar o sobrestimar el valor real del contenido de amilosa.

Debido a esto, el contenido de amilosa cuantificado colorimétricamente se conoce como

“amilosa aparente” o “amilosa equivalente” (Bergman et al., 2004). En 1978, Bhattacharya

et al. encontraron que la amilosa presente en el arroz varia en relación a la amilosa no

solubilizada en agua caliente (amilosa insoluble), que es la diferencia entre la amilosa total

(determinada por dispersión del arroz en una solución alcalina diluida) y la amilosa soluble

(determinada al calentar el arroz en agua a 95 °C). La amilosa insoluble tuvo una excelente

correlación con la textura de arroces altos en amilosa. Además, arroces con amilosa poco

soluble, se asocian con altas viscosidades de recuperación, bajas viscosidades de

rompimiento, una consistencia de gel dura y mayor retrogradación (Ramesh et al., 2000).

Posteriormente, Radhika-Reddy et al. (1994) utilizando cromatografía de permeación en

gel, reportaron que la amilosa soluble se podía considerar como el valor verdadero de la

amilosa contenida en el arroz, y que la amilosa insoluble, era en realidad una fracción de

Antecedentes

30

cadenas largas de la amilopectina. Por lo tanto, a partir de esa época, se comenzó a darle

mayor importancia a la amilopectina como factor determinante de la calidad en el arroz.

Temperatura de gelatinización.- El tiempo de cocción del arroz, está determinado por

la temperatura a la cual la estructura cristalina del almidón comienza a desorganizarse y

denomina temperatura de gelatinización. En el arroz la temperatura de gelatinización del

almidón varia de 55-85 °C, y se clasifica en baja (55-69 °C), intermedia (70-74 °C) y alta

(>74 °C) (Bergman et al., 2004). Noda et al. (1996) indicaron que la temperatura de

gelatinización está influenciada por la arquitectura molecular de la región cristalina del

almidón, que corresponde a la distribución de las cadenas cortas de amilopectina. Por otro

lado, Cooke y Gidley (1992) postularon que la ΔH (energía para llevar a cabo una

transición de fase), primordialmente refleja la perdida de la estructura ordenada de dobles

hélices de la amilopectina. Mientras que Tester (1997) sugirió que el grado de perfección

cristalina es reflejado en la temperatura de gelatinización. Por lo tanto, el grado de

perfección cristalina es afectado por la estructura molecular de la amilopectina, la

composición del almidón y la arquitectura del gránulo (Bao y Berman, 2004).

Consistencia del gel.- La prueba de consistencia del gel fue desarrollada para

diferenciar entre arroces altos en amilosa con diferente calidad industrial, y es una

evaluación indirecta de la viscosidad, pero para realizarla se necesitan tomar en cuenta

muchos detalles. Por esta razón, los programas de mejoramiento genético han remplazado

esta prueba por el uso del ARV (analizador rápido de viscosidad); este equipo monitorea

Antecedentes

31

los cambios en la viscosidad de la muestra cuando se somete a un proceso de cocción y

enfriamiento.

Champagne et al. (1999) estudiaron 87 muestras de arroz de diferentes calidades,

analizaron las muestras por ARV y además determinaron la textura de manera

instrumental y con un panel entrenado para identificar las características sensoriales de las

muestras. Al correlacionar los resultados, las asociaciones fueron mínimas, por lo que

concluyeron que el equipo ARV no era útil para predecir la textura del arroz cocido. Sin

embargo, en ese estudio no se tomó en cuenta que el arroz fue cocido en base a su tipo de

grano, bajo diferentes relaciones de agua:arroz, mientras que en el ARV las relación

agua:arroz fue igual para todas las muestras. Posteriormente (E. Champagne, datos no

publicados), analizaron 17 variedades de arroz con diferente contenido de amilosa,

utilizando la misma relación agua:arroz (1:1.4). En este caso, si se encontraron

correlaciones altas entre algunos atributos sensoriales y las propiedades de empastado

obtenida por el ARV. Por lo tanto, la cantidad de agua utilizada durante la cocción del

arroz influye considerablemente en la textura del producto cocido (Bergman et al., 2004).

También, se ha reportado que los parámetros de formación de pasta medidos con el

ARV se correlacionan con la amilosa (Noda et al., 2003), aunque contrariamente,

Bhattacharya et al. (1999) no encontraron ninguna correlación significativa entre los

parámetros de formación de pasta y el contenido de amilosa. Estas diferencias se podrían

explicar en base a la disparidad en la estructura de la amilopectina.

Pruebas de cocción.- Estas pruebas se enfocan en la hidratación y pérdida de sólidos

durante la cocción y la elongación y textura del arroz cocido. Un factor importante

Antecedentes

32

durante la cocción de arroz, es la cantidad de sólidos que se pierden en el agua de cocción.

Por lo general, arroces con contenidos altos de amilosa pierden menos sólidos,

probablemente por tener una mayor proporción de complejos amilosa-lípidos. La

cuantificación de la perdida de sólidos por cocción es importante cuando el arroz se utiliza

en la fabricación de alimentos procesados, como los enlatados (Bergman et al., 2004).

El valor económico del arroz en los mercados nacionales e internacionales depende

en gran parte de la calidad sensorial del arroz cocido (Champagne et al., 1999). Los

atributos sensoriales asociados con la calidad culinaria del arroz son la dureza, adhesividad

y aceptabilidad (palatabilidad), y tradicionalmente, se determinan usando escalas hedónicas

arbitrarias, que son dependientes de una población y uso específico. El uso de panelistas

entrenados para realizar mediciones sensoriales acerca de la textura del arroz, es preferido

sobre los análisis instrumentales, pero usar un panel entrenado es más costoso, ya que

requiere de tiempo, trabajo intensivo y una mayor cantidad de muestra (Limpisut y Jindal,

2002).

Actualmente, en la industria de alimentos, la evaluación de las propiedades de

textura utilizando instrumentos diseñados para la evaluación de las características físicas

de un alimento, se ha vuelto una práctica común (Sesmat y Meullenet, 2001). De acuerdo a

Bourne (2002), el concepto de textura aplicado a un alimento debe tomar en cuenta que no

es una sola propiedad, sino un conjunto de características de textura y se define como: un

grupo de características físicas que se originan por los elementos estructurales del

alimento, son percibidas principalmente por el sentido del tacto y están relacionadas con la

deformación, desintegración y flujo del alimento cuando está bajo la aplicación de una

fuerza, y son medidas de manera objetiva en función de la masa, el tiempo y la distancia.

Antecedentes

33

Durante años se pensó que las características de textura dependían principalmente

del contenido de amilosa. Sin embargo, en base al trabajo científico de varios grupos de

investigación (Hizukuri et al., 1989, Radhika-Reddy et al., 1993, Ramesh et al., 1999) se dio

un giro al paradigma, enfocándose en la amilopectina. En los últimos años, los estudios

indican que las diferencias en las características de textura, dependen de las diferencias en

proporción de cadenas largas de la amilopectina. A mayor proporción de cadenas largas,

más firme la textura del grano cocido y viceversa. No obstante esta explicación, aun se

siguen encontrando diferencias de textura entre arroces con características muy similares,

por lo que aún se formulan hipótesis para explicar la interacción de los componentes del

almidón con los componentes minoritarios (proteínas y lípidos) del endospermo de arroz,

para así explicar las características de textura que presenta el arroz después de su cocción

(Bhattacharya, 2009).

2.2.3 Calidad nutricional

Este parámetro está relacionado frecuentemente con el contenido de proteínas en

el arroz y el perfil de aminoácidos que las conforman. El aminoácido limitante del arroz es

la lisina, pero es rico en metionina. La digestibilidad real de la proteína (obtenida a partir

del nitrógeno ingerido menos el nitrógeno fecal) de arroz cocido en el ser humano es de

88% (Shih, 2004). En la actualidad el método sugerido para evaluar la calidad proteínica es

el puntaje de aminoácidos corregido por la digestibilidad de la proteína o PDCAAS del

inglés “protein digestibility corrected amino acid score”, siendo 1.0 el valor más alto. En el

caso del arroz este valor es de 0.56 y al mezclarlo con chícharo, lenteja, frijol o garbanzo

se alcanza el valor ideal (Suarez et al., 2006).

Antecedentes

34

En cuanto al almidón, su digestibilidad es mayor en comparación de otros cereales,

en parte por su bajo contenido de fibra dietética y polifenoles. Cuando el arroz se cuece, el

almidón se gelatiniza facilitando su digestión (Yokoyama, 2004). La digestión del almidón

comienza en la boca, cuando las glándulas salivales segregan -amilasa, que hidroliza los

enlaces -1,4 de la amilosa y la amilopectina, acortando las cadenas del polisacárido hasta

dextrinas. Sin embargo, el alimento permanece en la boca por un tiempo corto, por lo cual

la hidrolisis es mínima. Una vez que el almidón semi-hidrolizado entra al estómago, el pH

acido detiene la actividad enzimática de la -amilasa salival. Las dextrinas pasan al

intestino delgado donde son hidrolizadas por la -amilasa pancreática, que hidroliza las

dextrinas a maltosas. Por último, la enzima maltasa hidroliza la maltosa a glucosa. En el

caso del enlace -1,6 se forman dextrinas limite, que consisten de 3 o 4 unidades de

glucosa y son hidrolizadas por una -dextrinasa. La glucosa como último paso, se absorbe

en el torrente sanguíneo y se utiliza como energía o se almacena como glucógeno

(McGuire y Beerman, 2011).

Para fines nutricionales, el almidón se divide en tres fracciones que se consideran

de importancia nutricional en base a sus propiedades de digestión, el almidón se clasifica

en almidón de digestión rápida (ADR), almidón de digestión lenta (ADL) y almidón

resistente (AR). El ADR es la porción de almidón hidrolizada en los primeros 20 min del

ensayo, el ADL es la porción hidrolizada entre los 20 y 120 min, y el AR es la porción

remanente que no es hidrolizada después de 120 min (Englyst et al., 1992). Se ha reportado

que arroces altos en amilosa tienen un contenido menor de ADR, en comparación de los

que son de bajo contenido de amilosa (Zhu et al., 2011). Sin embargo, también se ha

Antecedentes

35

encontrado que arroces con el mismo contenido de amilosa (27%) y bajo el mismo método

de cocción, todavía presentan diferencias en la digestibilidad del almidón (Panlasigui et al.,

1991). Por otro lado, Benmoussa et al. (2007) indican que la variabilidad en la digestión del

almidón, no solo le concierne a la proporción de amilosa en el almidón, sino que también

depende de estructura de la amilopectina, específicamente de cómo es la distribución de las

cadenas de glucosa que la constituyen.

En la actualidad, las investigaciones para mejorar el valor nutricional del arroz han

incrementado de manera considerable. Por ejemplo, la falta de vitaminas y minerales en

los granos pulidos, se han tratado de remediar mediante técnicas transgénicas. Asimismo,

se logró incrementar el contenido de hierro en el endospermo de arroz introduciendo

genes de ferritina en el grano (Vasconcelos et al., 2003). También se desarrolló un arroz

pigmentado (Golden Rice 2), en el que el caroteno se logró expresar introduciendo genes

de maíz y de una bacteria (Paine et al., 2005). Recientemente, se han realizado estudios que

giran en torno a la digestibilidad del almidón presente en el arroz tanto en arroces

transgénicos (Patindol et al., 2010a, Patindol et al., 2010b, Chung et al., 2011, Zhu et al.,

2011). A pesar de que la investigación en este cereal es vasta, desafortunadamente en

México se conoce muy poco de las variedades que se comercializan en el país,

especialmente en relación al almidón presente en el arroz, por lo que resulta interesante

estudiar al arroz y a su en relación a las propiedades fisicoquímicas, nutricionales y

estructurales del almidón.

Justificación

36

III. J U S T I F I C A C I Ó N

En México, el arroz es uno de los cereales más consumidos. Su principal constituyente

es el almidón, el cual determina en mayor grado las características funcionales y

nutricionales que este cereal presente antes y después de su cocción. Durante varias

décadas, se consideró que el contenido de amilosa era el principal factor que determinaba

las propiedades funcionales del arroz; sin embargo, la investigación se ha enfocado en

explicar cómo la estructura de la amilopectina impacta la funcionalidad de este cereal.

Países como EUA, Filipinas, Australia, Brasil y Uruguay, constantemente buscan mejorar

la calidad del arroz en todos sus aspectos, pero en el caso de México la investigación se ha

enfocado principalmente en sus características agronómicas, es por esto que el

conocimiento referente al almidón de arroz Mexicano es prácticamente nulo. Por lo

anterior, resulta importante estudiar las características fisicoquímicas y nutricionales del

arroz enfocadas al almidón, así como analizar la estructura de este polisacárido,

información básica que permitirá sugerir aplicaciones específicas y también generara

nuevas perspectivas relacionadas con el estudio del arroz que se cultiva en México.

Objetivos

37

IV. O B J E T I V O S

4.1 Objetivo general

Analizar las propiedades fisicoquímicas, nutricionales y estructurales del almidón de

arroz (Oryza sativa subespecie indica) y examinar la relación que hay entre ellas.

4.2 Objetivos específicos

Estudiar las propiedades térmicas, de formación de pasta y de textura del arroz, así como

de su almidón mediante técnicas como calorimetría de barrido diferencial, análisis rápido de la

viscosidad y métodos de compresión y punción, para analizar el comportamiento de cada

variedad de arroz.

Evaluar la digestibilidad del almidón de arroz en forma cruda y cocida, utilizando un

método in vitro para observar como la gelatinización afecta la digestibilidad del almidón.

Analizar la cristalinidad del almidón mediante difracción de rayos X y estudiar la

estructura de la amilopectina mediante cromatografía de líquidos de alta resolución de exclusión

por tamaño acoplada a un detector de índice de refracción (CLARET-IR), y cromatografía

liquida de alta resolución de intercambio aniónico acoplada a un detector de pulsos

amperométricos (CLARIA-DPA).

Examinar la relación que hay entre las características fisicoquímicas, nutricionales y

estructurales del almidón de arroz mediante un análisis estadístico de correlación, para

encontrar que variables tienen mayor influencia sobre el comportamiento del almidón de arroz.

Materiales y Métodos

38

V. M A T E R I A L E S Y M É T O D O S

5.1 Materiales

Se utilizaron nueve variedades de arroz pulido de la subespecie indica (Figura 12),

tres de tipo Morelos (Morelos A06, A92 y A98), dos de tipo Milagro (Milagro

Campechano y Filipino) y cuatro de tipo Sinaloa (Champotón A80, Cotaxtla A90, Culiacán

A82 y Huimanguillo A88) donadas por el Banco Nacional de Germoplasma de Arroz del

Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Las variedades

fueron cultivadas en el Campo Experimental Zacatepec (CEZ) y cosechadas en el ciclo

agrícola primavera-verano 2007. Las temperaturas máxima y mínima promedio del CEZ

para ese ciclo fueron 33.6 y 17.0 °C.

El arroz se separó en grano entero y quebrado en una criba agitadora (GrainMan

Corporation, USA). En este estudio solo se usaron granos enteros que se almacenaron en

recipientes plásticos a temperatura ambiente. Una parte de esta fracción se molió en un

molino para café (Krups, GX4100, D. F., México), se tamizó con una malla No. 50 (297

µm) y se almacenó de igual manera que los granos enteros. Para la extracción del almidón

se utilizó harina sin tamizar, el método de aislamiento se describe más adelante. En la

Figura 12 se muestra el trabajo experimental desarrollado.

Materiales y Métodos

39

Figura 12. Variedades de arroz de la subespecie indica cultivadas en México.

Morelos A06

20% Panza blanca

Morelos A92

20% Panza blanca

Morelos A98

20% Panza blanca

Milagro Campechano

5% Panza blanca

Champotón A80

Cristalino

Cotaxtla A90

Cristalino

Culiacán A82

Semi-opaco

Milagro Filipino

10% Panza blanca

Huimanguillo A88

5% Panza blanca

Materiales y Métodos

40

Figura 13. Diagrama general del trabajo experimental.

Materiales y Métodos

41

5.2 Métodos

5.2.1 Caracterización física del grano

Se cuantificaron las dimensiones de 200 granos de arroz (Figura 14) utilizando un

equipo NaiS 30R (Satake, Hiroshima, Japón). Los granos se colocaron en una banda

alimentadora que coloca el grano de manera individual sobre una plataforma; una cámara

captura la imagen del grano vista desde arriba y así se obtienen el largo y ancho, otra

toma la imagen desde una vista lateral para medir el grosor.

Figura 14. Vistas frontal y lateral de un grano de arroz pulido.

Materiales y Métodos

42

5.2.2 Composición proximal

Proteínas: El contenido proteínico se cuantificó utilizando un equipo micro-Kjeldahl

y el método 46-13 de la AACC (2000), usando un factor de conversión de 5.95.

Lípidos: Los lípidos se determinaron siguiendo el método de Lam y Proctor (2001).

Se pesaron 4 g de harina de arroz (b. s.) en un tubo de centrifuga de plástico de 25 mL con

tapa y se le adicionaron 5 mL de alcohol isopropílico, el tubo se cerró y se agitó en un

vórtex por 2 min a velocidad máxima. Se realizó el procedimiento 2 veces y

posteriormente el tubo se centrifugó a 2500 rpm 10 min. El sobrenadante se transfirió a

una caja de cultivo de poliestireno (60 15 mm) (pesada previamente) y se evaporó el

isopropanol, calentándolo en una parrilla a una temperatura entre 30-35 °C.

Posteriormente, se pesó la caja de cultivo con el extracto lipídico y el % de lípidos se

obtuvo con la siguiente fórmula:

En la que:

A= Peso de la caja + extracto lipídico, B= Peso de la caja y C=Peso muestra

Cenizas y humedad: El residuo inorgánico se cuantificó en base al método 08-01 de

la AACC (2000); la humedad se determinó utilizando una estufa de convección y el método

44-19 de la AACC (2000).

Materiales y Métodos

43

Almidón total: El almidón total se cuantificó en harinas y almidones para utilizarlo

al momento de calcular los valores de las fracciones de almidón de importancia nutricional.

El contenido de almidón total se determinó con el kit de la empresa Megazyme. Se

pesaron 100 mg de muestra en un tubo de vidrio con tapa (16 120 mm), la muestra se

humedeció con 0.2 mL de etanol acuoso al 80% (v/v) y se dispersó en el vórtex. Se

adicionaron inmediatamente 2 mL de DMSO y nuevamente se dispersó, se le colocó un

agitador magnético y el tubo se introdujo en un baño con agua en ebullición, donde se dejó

por 5 min con agitación magnética vigorosa y constante. Posteriormente, se adicionaron 3

mL de -amilasa termoestable y la muestra se incubó en agua en ebullición por 6 min con

agitación constante. La muestra se dejó enfriar hasta 50 °C y se adicionó 0.1 mL de

amiloglucosidasa, se homogeneizó con el vórtex y se incubó a 50 °C por 10 min.

Transcurrido el tiempo, el contenido del tubo se vertió en un matraz volumétrico de 100

mL, el tubo que contenía la muestra se lavó con agua destilada al menos 3 veces y se vacío

en el mismo matraz. El volumen se ajustó con agua destilada y el matraz se agitó

manualmente tapándolo con parafilm. Del matraz se tomó una alícuota de 5 mL y se

centrifugó a 3000 rpm 10 min, posteriormente del sobrenadante se tomó 0.1 mL y se

vertió a un tubo de borosilicato (12 75 mm), se adicionaron 3.0 mL del reactivo GOPOD

(glucosa oxidasa-peroxidasa), y se incubó 20 min a 50 °C. Posteriormente se leyó la

absorbancia de las muestras a 510 nm. Para obtener el porcentaje de almidón total se

utilizó la siguiente fórmula:

(

)

Materiales y Métodos

44

En la que:

ΔA= Absorbancia de la muestra menos la absorbancia del blanco

F= Factor de absorbancia

W= Peso de la muestra en miligramos

VF= Volumen final

0.9= Conversión de glucosa libre a glucosa anhidra presente en la cadena de almidón

Amilosa aparente: El contenido de amilosa aparente, se determinó con el método

colorimétrico de Juliano et al. (1981b). Se pesaron 100 mg de harina en un tubo de vidrio

de 50 mL, se adicionó una barra de agitación magnética y 1 mL de etanol acuoso al 95%

(v/v), la muestra se dispersó en el vórtex y se le adicionaron 9 mL de NaOH 1 N. Los

tubos se dejaron en agitación por 16 h y transcurrido el tiempo, se transfirió el contenido

del tubo a un matraz volumétrico de 100 mL (el tubo se enjuagó 3 ó 4 veces con agua

destilada y se vertió en el matraz), el volumen se ajustó con agua destilada y el matraz se

agitó de manera manual tapándolo con parafilm. Se tomó 0.5 mL del matraz y se vertieron

a un tubo de ensayo, se adicionaron 5 mL de agua destilada, 0.1 mL de ácido acético 1 N,

0.2 mL de una solución de yodo/yoduro de potasio (0.2% I2 en 2% de KI) y 4.2 mL de agua

destilada. El contenido del tubo se mezcló con el vórtex y se dejó a temperatura ambiente

por 30 min. Se leyó la absorbancia de las muestras a 620 nm. Para obtener el porcentaje de

amilosa aparente se realizó una curva patrón de amilosa, utilizando mezclas de amilosa de

Materiales y Métodos

45

papa (Sigma A0512) y almidón de arroz waxy con la cual, por interpolación, se obtuvieron

los valores de amilosa aparente.

5.2.3 Caracterización fisicoquímica del arroz

5.2.3.1 Propiedades térmicas

Las propiedades térmicas del arroz se determinaron usando un calorímetro de

barrido diferencial (Pyris Diamond, Perkin Elmer, Norwalk, CT, USA). Se pesaron 4 mg

de muestra (b. s.) directamente en charolas de aluminio y se le adicionó 8 μL de agua

desionizada para obtener una relación de almidón agua 1:2. La charola se selló

herméticamente y se dejó estabilizar a temperatura ambiente por 1 h, las muestras se

sometieron a un programa de calentamiento en un intervalo de temperatura de 20 a 130

°C, con incrementos de 10 °C/min, así se obtuvieron los parámetros térmicos de

gelatinización. Después del escaneo, la muestra gelatinizada se almacenó por 7 días a 4 °C

y nuevamente se realizó el análisis bajo las mismas condiciones térmicas, para obtener los

parámetros de retrogradación. Las temperaturas de transición como son la temperatura de

inicio (Ti), temperatura de pico (Tp) y temperatura final (Tf) además de la entalpía (ΔH)

de gelatinización o retrogradación, fueron calculadas de acuerdo al peso de la muestra

utilizando el software Pyris versión 5.7.

5.2.3.2 Propiedades de formación de la pasta

Para determinar el perfil de viscosidad de las harinas de arroz, se empleó el método

61-02 de la AACC (2000). Se preparó una dispersión de harina de arroz/agua (3 g harina,

Materiales y Métodos

46

25 mL de agua, 28 g de peso total) en un tazón de aluminio y se colocó en el sujetador del

analizador rápido de viscosidad (RVA-4 Series, Newport Scientific Pty, Ltd, Warriewood,

NSW, Australia). Se programó al equipo para que realizara un ciclo de calentamiento-

cocción-enfriamiento, cada muestra fue equilibrada a 50 °C por un minuto a una velocidad

de paletas de 960 rpm por 10 s, posteriormente, la velocidad se mantuvo a 160 rpm y la

temperatura se incrementó de 50 °C a 95 °C a una velocidad de 6 °C/min, se mantuvo

constante a 95 °C por 5 min y se enfrío hasta 50 °C a una velocidad de 6 °C/min donde se

mantuvo a esa temperatura por 2 min. Se obtuvieron los valores de temperatura de

formación de la pasta (Tfp), viscosidad de pico (Vp), viscosidad de rompimiento (Vro),

viscosidad de recuperación (Vre) y viscosidad final (Vf) usando el programa Thermocline

versión 3.09.

5.2.3.3 Propiedades texturales

5.2.3.3.1 Análisis de la textura en geles

La pasta de harina de arroz obtenida después del análisis de ARV se usó para

formar geles y evaluar su textura usando el método de Cameron y Wang (2005) con

modificaciones. La pasta se vertió en un molde de aluminio con 40 hoyos (10 mm diámetro

11 mm altura) y se selló a presión con una placa de aluminio; las pastas de harinas se

almacenaron a 4 °C por 24 h. Transcurrido el tiempo de almacenamiento, los geles se

desmoldaron con precaución y se colocaron en el equipo para realizar una prueba de

punción. La textura de los geles formados se midió con un analizador de textura modelo

TA-XT2i (Texture Technologies, Scarsdale, NY, USA). Las muestras fueron penetradas

Materiales y Métodos

47

0.8 cm con una sonda cilíndrica de acero (modelo TA-52, 2 mm diámetro) a una velocidad

de pre-ensayo de 1 mm/s, ensayo de 0.5 mm/s y post-ensayo de 0.5 mm/s a una distancia

de la muestra de 8 mm. A la fuerza requerida para la penetración se le consideró como la

dureza y al pico negativo obtenido durante la retracción de la sonda se le consideró como

la pegajosidad. El mismo ensayo también se realizó en otro grupo de muestras

almacenadas a 4 °C por siete días. Por cada variedad de arroz se realizaron cinco

mediciones.

5.2.3.3.2 Análisis de la textura en arroz cocido

Para determinar la textura del arroz cocido, primero se determinó el tiempo de

cocción mínimo para cada variedad utilizando el método de Ranghino (1966). En 100 mL

de agua hirviendo se vertieron 5 g de arroz. Después de 10 min de cocción 10 granos

fueron retirados cada minuto y se comprimieron entre dos placas de vidrio, el tiempo de

cocción mínimo, fue el tiempo en el cual al menos el 90% de los granos presionados no

presentaron un centro opaco o crudo. El tiempo de cocción óptimo es igual al tiempo

mínimo más dos minutos (Juliano et al., 1981a).

Teniendo el tiempo de cocción, la textura se evaluó con el método de Saleh y

Meullenet (2007) con modificaciones. Se utilizó una relación arroz-agua 1:5, el arroz se

coció con una arrocera miniatura que consiste en un recipiente de vidrio (200 mL de

volumen, semiesférico) con una tapa de vidrio y una chaqueta de calentamiento (TM 102,

Glas-Col, Terre Haute, IN, USA) con un control de temperatura (89000-10, Eutech

Instruments Pte Ltd, Singapore). La temperatura de cocción se fijó a 98.5 ± 1 °C y se

Materiales y Métodos

48

monitoreo con un sensor de temperatura insertado a través de la tapa de vidrio y que

atraviesa hasta pegar con el fondo del recipiente. El arroz que fue cocido se transfirió a

otro recipiente donde se acondiciono a 50 °C por 5 min y así se mantuvo durante las

mediciones de textura. La dureza y la pegajosidad de las muestras fue medida usando un

analizador de textura TA-XT2i, mediante un modo de compresión uniaxial sencillo. Diez

granos de arroz intactos se colocaron en una plataforma de aluminio modelo HDP-90 y

fueron comprimidos con una sonda de aluminio modelo P/100 (100 mm de diámetro) a

una velocidad de pre-ensayo de 10 mm/s, ensayo 5 mm/s y post-ensayo 0.5 mm/s, usando

una celda de carga de 5 kg. Se realizaron tres réplicas de arroz cocido por cada variedad y

a su vez se realizaron seis repeticiones por réplica. Los datos de textura fueron procesados

con el programa Texture Exponent (Stable Microsystem, versión 5.0.2.0, Scardale, NY,

USA). La fuerza de compresión máxima (N) fue usada como un indicador de la dureza del

arroz, mientras que la energía de adhesión medida durante la retracción de la sonda de

compresión (N.s), fue usada como un indicador de la pegajosidad de la muestra.

5.2.4 Medición de las fracciones de almidón de importancia nutricional

(ADR, ADL y AR)

El análisis del almidón de digestión rápida (ADR), almidón de digestión lenta

(ADL) y almidón resistente (AR) se llevó a cabo de acuerdo al método de Englyst et al.

(1992) con modificaciones (Patindol et al., 2010a). Las variedades de arroz se cocieron a su

tiempo óptimo de cocción (Sección 5.2.3.3.2) y se enfriaron por 5 min, cada muestra se hizo

pasar por una prensa de ajos (marca Mainstays, con 35 orificios 2 mm de diámetro) para

simular la masticación. En un tubo de plástico cónico de 50 mL con tapa se pesó 1 g (b. h.)

Materiales y Métodos

49

de arroz cocido fresco, se adicionaron 50 mg de goma guar y un agitador magnético (12.7

× 3 mm), posteriormente, se vertieron 20 mL de regulador de acetato de sodio (0.1 M, pH

5.2). El tubo se tapó y se incubó en un baño de agua a 37 °C por 10 min. El baño de agua

consistió de un cristalizador de vidrio (190 × 100 mm) conteniendo tres cuartos de agua

destilada y una gradilla para sostener los tubos en su lugar. Por abajo del baño con agua,

se colocó una parrilla digital de calentamiento/agitación (SuperNouva Barnstead-

Thermolyne SP131825, Barnstead International, Dubuque, Iowa, USA) equipada con un

sensor de temperatura para regular la temperatura del agua. Las nueve muestras fueron

removidas y a intervalos de 1 min entre cada una se les adicionó 5 mL de la mezcla

enzimática (Amiloglucosidasa EC 3.2.1.3 de Aspergillus niger ≥300 U/mL y pancreatina de

páncreas porcino 8 USP, A7095 y P7545, respectivamente, Sigma-Aldrich, St. Louis,

MO, USA). Los tubos se taparon y se incubaron en el baño con agua a 37 °C con agitación

constante (160 rpm). Los valores del ADR y ADL fueron obtenidos midiendo la cantidad

de glucosa liberada después de 20 y 120 minutos de incubación, respectivamente. El

almidón que permaneció sin ser hidrolizado después de 120 minutos de incubación se

cuantificó como AR, y fue obtenido restando el valor del ADR y ADL al valor de almidón

total. La glucosa liberada en cada medición fue cuantificada con el kit enzimático GOPOD

de Megazyme (Megazyme, Wicklow, Ireland).

5.2.5 Aislamiento del almidón de arroz

El almidón se aisló de acuerdo al método alcalino de Yang et al. (1984) con las

modificaciones de Patindol et al. (2006). Se pesaron 100 g de harina de arroz y se

Materiales y Métodos

50

remojaron en 400 mL de NaOH al 0.1% por 16 horas con agitación magnética continua a

velocidad baja. Posteriormente, la muestra se filtró a través de una malla No. 230 (63 m)

y el sobrenadante se centrifugó a 1500 rpm 10 min. El sobrenadante se desechó y la capa

amarilla que se formó sobre el almidón se removió con precaución con una espátula. El

almidón obtenido se lavó con NaOH al 0.1% y se centrifugó a 1500 rpm 10 min, el

sobrenadante y el residuo proteínico se descartaron. Al almidón se le adicionaron 400 mL

de agua desionizada y se ajustó el pH de la mezcla a 6.5 con HCl 0.2 M. La muestra

nuevamente se centrifugó y se lavó dos veces más con agua desionizada. El almidón

obtenido se secó en una estufa de convección a 40 °C por 24 h, se molió con un mortero y

pistilo y se tamizó con una malla No. 100 (149 m).

Una porción del almidón aislado se desgrasó en base al método de Patindol y

Wang (2002). Se pesaron 5 g de almidón en un tubo de centrifuga de plástico y se

adicionaron 25 mL de butanol saturado con agua (2:1) (16.5 mL butanol y 8.5 mL agua).

Los tubos con muestra se colocaron en un agitador rotatorio y se dejaron agitar por 24 h a

temperatura ambiente. Posteriormente, las muestras se centrifugaron a 3000 rpm 15

min, el residuo se lavó con butanol saturado con agua y la mezcla fue filtrada usando un

filtro Whatman del #4. El almidón se secó en una estufa de convección a 40 °C por 24 h,

se molió con un mortero y pistilo, y se almacenó a temperatura ambiente.

5.2.6 Determinación de amilosa aparente en el almidón

El contenido de amilosa aparente en el almidón aislado se cuantificó utilizando el

método de Schoch (1964). Se tomó el peso de un vaso de precipitado de 250 mL y de una

Materiales y Métodos

51

barra de agitación magnética (9.5 38.1 mm). Se adicionaron 100 mg de almidón

desgrasado más 1 mL de agua destilada y 5 mL de KOH 1 N, el vaso se tapó con papel

aluminio y se dejó reposar a 4 °C por 30 min. Transcurrido este tiempo, la reacción se

neutralizó con HCl 0.5 N (previamente se adicionaron 5 gotas del indicador anaranjado de

metilo y el HCl se agregó hasta que se observó el cambio de pH, el color original es

anaranjado y cambia a amarillo); posteriormente, se vertieron 10 mL de una solución de

yoduro de potasio, yodo y cloruro de potasio (KI 0.5 N, KCl 0.5 N y 2 mg de I/mL) y se

adicionó agua destilada hasta el peso deseado (peso del vaso + peso del magneto + 100.9

g, esto representa la adición de exactamente 100 mL de agua a 30 °C). El vaso de

precipitado con la muestra se colocó en un baño con agua a 30 °C con agitación magnética

constante. La muestra se tituló con una solución de yodo 0.05 N (obtenida de la solución

madre). El yodo se adicionó en intervalos de 2 min y la lectura de los mV obtenidos se

tomó de 10 a 15 s antes de la siguiente adición de yodo, las lecturas se tomaron en el

intervalo de 230-285 mV utilizando un potenciómetro (marca Orion modelo 420A+)

equipado con un electrodo indicador de platino (marca Accumet modelo 13-620-115) y un

electrodo de referencia de calomel (marca Accumet modelo 13-620-51). La afinidad al yodo

y el porcentaje de amilosa aparente se obtuvieron con las siguientes fórmulas:

Materiales y Métodos

52

5.2.7 Análisis fisicoquímico del almidón de arroz

5.2.7.1 Hinchamiento y solubilidad

Se determinó con el método de Konik-Rose et al. (2001). Se pesaron 40 mg de

almidón (b. s.) en un microtubo de centrifuga (P1) de 2.0 mL y se le adicionaron 1.5 mL de

agua destilada, los tubos se dejaron reposar por 10 min y posteriormente el contenido se

homogeneizó en el vórtex por 10 s. Los tubos se colocaron en una gradilla y se pusieron

dentro de un baño con agua a 60 °C, donde se dejaron por 30 min (lo mismo se realizó a

70, 80 y 90 °C). Posteriormente, los tubos se enfriaron en un baño con agua a 4 °C por 5

min, se centrifugaron a 10,000 rpm 5 min y el sobrenadante se transfirió a otro

microtubo previamente pesado (R1), éste se secó en una estufa a 80 °C por 24 h y se pesó

nuevamente (R2). El tubo que contenía el residuo también se pesó (P2). La capacidad de

hinchamiento y el porcentaje de sólidos solubles de los almidones se calculó con la

siguiente fórmula:

Donde:

P1= Peso del tubo para la muestra; P2= Peso del tubo P1 con residuo; R1= Peso del tubo

para el sobrenadante; R2= Peso del tubo con sobrenadante seco; W= Peso de la muestra

Materiales y Métodos

53

5.2.7.2 Determinación de las propiedades térmicas, de formación de pasta y

texturales del almidón de arroz

Se estudiaron las propiedades térmicas, de formación de pasta y texturales del

almidón de arroz por medio de los métodos descritos en las subsecciones 5.2.3.1, 5.2.3.2 y

5.2.3.3.1, respectivamente. El análisis de las características de textura de los geles de

almidón de arroz, solamente se realizó en muestras almacenadas por 24 h.

5.2.8 Estudio estructural del almidón de arroz

5.2.8.1 Difracción de rayos X

El patrón de difracción de rayos X se obtuvo con un difractómetro de ángulo

amplio (modelo Advance D8 marca Bruker), equipado con una fuente de cobre que opera a

35 kV, produciendo una radiación CuK con una longitud de onda de 1.542 Å. Los datos

se registraron en un intervalo de 3° a 37° cada 0.05°, con una velocidad de barrido de 60

s/°. El porcentaje de cristalinidad se determinó con el difractograma obtenido, calculando

el área correspondiente a los picos cristalinos (Ap) entre el área total bajo la curva (halo

amorfo y cristalino) (At) menos el ruido del instrumento (N) de acuerdo a la siguiente

ecuación:

Materiales y Métodos

54

5.2.8.2 Desramificación de la amilopectina

El método de desramificación utilizado fue el propuesto por Kasemsuwan et al.

(1995) con modificaciones de Méndez-Montealvo et al. (2011). Se pesaron 10 mg de

almidón desgrasado y se colocaron en un tubo de ensayo de 16 mL, se le adicionaron 3.2

mL de agua Millipore y se colocaron en un baño con agua en ebullición por 30 min con

agitación magnética. Posterior a esto la muestra se enfrió a temperatura ambiente y se

adicionó 0.4 mL de regulador de acetato de sodio 0.1 M (pH 3.5), se agregaron 5 μL de

isoamilasa (59,000 U/mL, HBL, Japón) y se incubó en un baño de agua a 45 °C por 2 h

con agitación magnética. Una vez transcurrido el tiempo, se neutralizó con 0.21 mL de

NaOH 0.2 M y se colocó nuevamente en un baño con agua en ebullición por 15 min con

agitación, después se enfrió por 5 min y se utilizó para inyectar a los diferentes equipos de

cromatografía.

5.2.8.3 Cromatografía de líquidos de alta resolución de exclusión por

tamaño acoplada a un detector de índice de refracción (CLARET-IR)

El perfil de carbohidratos del almidón desramificado se determinó con un sistema

CLARET-IR (Waters Corporation, Milford, MA, USA). Después de realizar lo descrito en

la sección 5.9.2.1 previo a la inyección, se tomaron 1.5 mL de la solución de almidón

desramificado y se mezclaron en un vial con 0.2 mg de una resina de intercambio iónico

(IONAC NM-60, J.T. Baker) para eliminar la interferencia entre el regulador y la

detección del equipo, posteriormente la muestra fue inyectada al equipo CLARET-IR.

Materiales y Métodos

55

El equipo consiste en una bomba 515 HPLC con un receptor-inyector de muestra

de 100 μL, un desgasificador en línea, un guarda columna Shodex OHpak SB-G (Shoko

Co. Kanagawa, Japan), una columna de exclusión por tamaño (Shodex OHpak KB-804,

Shoko Co.) mantenidas a 55 °C con un calentador de columnas, y un detector de índice de

refracción 2410 (Waters Corporation) mantenido a 40 °C. La fase móvil fue una solución

de nitrato de sodio 0.1 M/azida de sodio al 0.02% con una velocidad de flujo de 0.3

mL/min. Las fracciones o cantidades relativas de amilosa y amilopectina calcularon en

base el área de su pico correspondiente.

5.2.8.4 Cromatografía liquida de alta resolución de intercambio aniónico

acoplada a un detector de pulsos amperométricos (CLARIA-DPA)

Para obtener la distribución de la longitud de cadenas de la amilopectina, se

utilizó la cromatografía liquida de alta resolución de intercambio aniónico, acoplada a un

detector de pulsos amperométricos (CLARIA-DPA). A partir de la desramificación del

almidón, descrita en la sección 5.2.8.2, la muestra se enfrió por 5 min y se colocó en una

jeringa acoplada a un filtro de 0.45 μm (NYL, w/GMF, Whatman, USA). El filtrado fue

puesto en un vial y se colocó en el autoinyector para su análisis.

El sistema CLARIA-DPA (Dionex ICS-3000, USA) consiste de los siguientes

componentes: una bomba de gradiente, organizador de cromatografía, detector

electroquímico, guardacolumna 4 50 mm CarboPac PA1, columna analítica 4 250 mm

CarboPac PA1 y un autoinyector AS40. La fase móvil consistió en un gradiente de dos

soluciones, la A compuesta de NaOH 150 mM y la B NaNO3 500 mM con NaOH 150 mM.

Materiales y Métodos

56

A 0 min, el gradiente consistió de 94% A y 6% B; al min 6, el gradiente cambió a 92% A y

8% B; a los 26 min, el gradiente fue 87% A y 13% B; a los 62 min, el gradiente cambió a

80% A y 20% B; a los 82 min, el gradiente fue 75% A y 25% B; a partir del min 86, el

gradiente se regresó a los valores iniciales 94% A y 6% B. El porcentaje de la distribución

de las cadenas de la amilopectina se obtuvo en base al área de cada uno de los picos del

intervalo de GP 6 a 60.

5.2.9 Evaluación de las fracciones de almidón de importancia nutricional

(ADR, ADL y AR) en el almidón de arroz

Para determinar el ADR, ADL y AR en el almidón de arroz se utilizó el método

descrito en la sección 5.2.4, pero con algunas modificaciones que se describen a

continuación. Se pesaron 800 mg de almidón y 25 mg de goma guar (Sigma G-4129) en

matraces Erlenmeyer de 125 mL y se le adicionaron 8 mL de agua destilada. La muestra

se colocó en un baño de agua en ebullición durante 20 minutos para gelatinizarla.

Posteriormente se dejó enfriar 5 minutos y se le adicionaron 5 canicas y 10 mL de

regulador de acetato de sodio (0.1 M, pH 5.2), el contenido se homogeneizó en el vórtex.

Los matraces se colocaron en un baño de agua con agitación orbital (160 strokes/min) a

37 °C por 5 minutos y se les adiciono la mezcla enzimática para comenzar con la hidrolisis.

A partir de aquí el método se siguió en base a lo descrito en la sección 5.2.4.

Materiales y Métodos

57

5.2.10 Análisis estadístico

Se realizó una comparación de medias mediante un análisis de varianza de una vía

(ANDEVA) seguido de una prueba de Tukey a un nivel de significancia =0.05. Los datos

también se estudiaron mediante un análisis de correlación de Pearson, usando el programa

JMP versión 7.0 (SAS Institute, Cary, NC, USA).

Resultados y Discusión

58

VI. R E S U L T A D O S Y D I S C U S I Ó N

6.1 Caracterización física

El Cuadro 2 muestra las dimensiones de los granos de las diferentes variedades de

arroz, éstas se encontraron en el intervalo de 6.1-7.9 mm, 2.2-2.8 mm y 1.8-2.2 mm para el

largo, ancho y grosor, respectivamente. De acuerdo lo establecido por la Norma Mexicana

NMX-FF-035-SCFI-2005 las variedades se clasificaron como arroces de tamaño de grano

medio (Campechano, Champotón, Culiacán, Filipino y Huimanguillo), largo (A06 y

Cotaxtla) y extra-largo (A92 y A98); por otro lado, en base a la relación largo/ancho (l/a)

todos los arroces se clasificaron como de forma media. Desde un punto de vista económico,

una de las metas de los fitomejoradores es incrementar el rendimiento/hectárea de un

cultivo. El tamaño del grano es uno de los factores determinantes del rendimiento de un

cereal, es por esto que las variedades A92 y A98 son reconocidas por los agricultores ya

que alcanzan los rendimientos/hectárea más altos del país (Hernández y Tavitas, 2005).

Actualmente, se busca explicar el porqué de las diferencias entre variedades de

arroz desde un punto de vista genético. Fitzgerald et al. (2009) en base a experimentos de

mapeos de loci de caracteres cuantitativos (QTL), reportaron que el tamaño, forma y peso

del arroz están bajo control poligénico; ellos estudiaron los cromosomas 3 (largo del

grano, GS3), 5 (ancho del grano, SW5) y 2 (peso del grano, GW2) de arroz clonado. En

todos los casos encontraron que las variedades que contenían los alelos recesivos, dieron

semillas más largas, anchas y pesadas que las variedades que contenían los alelos

silvestres. Por lo tanto, los genes de manera directa o indirecta, incrementan o disminuyen

la división celular, y por consecuencia afectan el tamaño de la semilla. Cabe mencionar

Resultados y Discusión

59

Cuadro 2. Características físicas de los granos de diferentes variedades de arroz.

Variedad Largo¥,Ø

(mm) Ancho¥,Ø

(mm) Grosor¥,Ø

(mm)

Tipo de

grano§

Forma del

grano§

A06 6.7 ± 0.4d 2.8 ± 0.1a 2.2 ± 0.1a,b Largo Media

A92 7.9 ± 0.3a 2.7 ± 0.1b 2.2 ± 0.1b Ex-l Media

A98 7.6 ± 0.4b 2.7 ± 0.1b 2.2 ± 0.1a Ex-l Media

Campechano 6.1 ± 0.2g 2.6 ± 0.1b 2.0 ± 0.1c Medio Media

Champotón 6.2 ± 0.3f 2.2 ± 0.1e 1.8 ± 0.1f Medio Media

Cotaxtla 7.0 ± 0.3c 2.3 ± 0.1d 1.9 ± 0.1c Largo Media

Culiacán 6.4 ± 0.3e 2.3 ± 0.1d 1.9 ± 0.1d Medio Media

Filipino 6.1 ± 0.3f,g 2.6 ± 0.1c 1.9 ± 0.1c Medio Media

Huimanguillo 6.4 ± 0.3e 2.2 ± 0.1e 1.8 ± 0.1e Medio Media

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes

(P < 0.05). Ø Promedio de doscientas mediciones ± desviación estándar.

§ De acuerdo a la Norma Mexicana NMX-FF-035-SCFI-2005 Ex-l= Extra-largo.

Resultados y Discusión

60

que las dimensiones del arroz pulido también están influencias en menor grado por el

DOM que se realice en el arroz para su comercialización.

6.2 Composición proximal

Los resultados de la composición proximal se muestran en el Cuadro 3. El

contenido de proteína es importante desde un punto de vista nutricional, este varió de 6.99

a 11.0%, y entre las nueve variedades analizadas, A06 presentó el valor más alto. El

contenido de proteína está influenciado por el momento de la aplicación del fertilizante y

por el tipo de fertilizante usado, si el fertilizante se aplica durante el inicio de la formación

de la panícula se incrementa la absorción del nitrógeno y a su vez el contenido de

proteínas; el nitrógeno metabolizado derivado de la fertilización afecta solo la fracción de

glutelina que se produce en el arroz, ya que la proteína del arroz se deriva principalmente

de la movilización de fuentes endógenas de nitrógeno (Champagne et al., 2009).

El contenido de lípidos superficiales estuvo en el intervalo 0.47 a 1.22%. La

variedad A06, que presentó el mayor contenido de proteína (11.0%), también mostró el

mayor contenido de lípidos (1.22%) y cenizas (1.18%), probablemente porque esta variedad

tiene más salvado remanente que el resto, y es en el salvado donde hay una fracción

significativa de proteínas, lípidos y minerales. Morales (2011), determinó el contenido de

lípidos y proteínas en la variedad A92 integral y encontró valores de 3.11, 10.91 y 1.46%,

para lípidos, proteínas y cenizas, respectivamente, los cuales fueron considerablemente

mayores que en el arroz pulido de las variedades usadas en este estudio, indicando que

efectivamente los residuos de salvado afectan la composición química del arroz pulido.

Resultados y Discusión

61

Cuadro 3. Composición proximal de diferentes variedades de arroz (%).

Variedad Proteína¥,Ø Lípidos¥,§ Cenizas¥,Ø Humedad¥,Ø Amilosa

aparente¥,Ø

Clasificación en base al

contenido de amilosa

A06 11.0 ± 0.12a 1.22 ± 0.01a 1.18 ± 0.03a 9.19 ± 0.25a 25.2 ± 0.35d,e Alto

A92 7.27 ± 0.02c,d 0.91 ± 0.01b 0.53 ± 0.02d 8.70 ± 0.61a 24.3 ± 0.23e Intermedio

A98 7.58 ± 0.12c 0.52 ± 0.00e 0.49 ± 0.07d 8.68 ± 0.33a 24.4 ± 0.51e Intermedio

Campechano 7.46 ± 0.22c,d 0.50 ± 0.00e,f 0.54 ± 0.04d 7.96 ± 0.08a 28.8 ± 0.54b Alto

Champotón 7.43 ± 0.22c,d 0.71 ± 0.01d 0.82 ± 0.03c 9.24 ± 0.73a 24.9 ± 0.82e Intermedio

Cotaxtla 7.17 ± 0.21c,d 0.77 ± 0.01c 0.86 ± 0.03b,c 9.43 ± 0.34a 28.0 ± 0.47b,c Alto

Culiacán 8.42 ± 0.01b 0.94 ± 0.01b 0.99 ± 0.09b 9.34 ± 0.67a 26.5 ± 0.63c,d Alto

Filipino 6.99 ± 0.29d 0.67 ± 0.01d 0.48 ± 0.02d 8.79 ± 0.74a 28.8 ± 0.92b Alto

Huimanguillo 7.51 ± 0.11c 0.47 ± 0.01f 0.55 ± 0.05d 8.78 ± 0.52a 30.4 ± 0.03a Alto

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes (P < 0.05).

Ø Promedio de tres mediciones ± desviación estándar.

§ Promedio de dos mediciones ± desviación estándar.

Resultados y Discusión

62

El porcentaje de humedad no fue significativamente diferente, esto pudo ser debido

a que el arroz después de que se cosecha, se seca y se mantiene una humedad constante de

14% para disminuir el rompimiento durante el pulido. Durante la elaboración de la harina

y su almacenamiento las muestras perdieron humedad, pero ésta se conservó en el mismo

intervalo (7.96 a 9.43%) para todas las variedades.

Los valores del porcentaje de amilosa aparente de las muestras de arroz variaron

de 24.3 a 30.4% y en base a estos resultados las muestras fueron clasificadas con

contenidos de amilosa de intermedio a alto (Cuadro 3). De acuerdo a Fitzgerald et al.

(2009) se conocen cinco alelos del gen Wx que se asocian con los cinco tipos de contenido

de amilosa en el arroz, pero estos están influenciados por lo que los puntos de regulación

genética y estos a su vez por las condiciones ambientales. Champagne et al. (2009)

reportaron que a mayor cantidad de fertilizante, hay una disminución significativa de la

amilosa y un incremento de la proteína, por lo que ellos sugieren que la síntesis de amilosa

es menor, ya que dentro del endospermo, el mecanismo sintético tiende a suplir sustratos

para la síntesis de proteína a expensas de la producción de almidón.

La temperatura del cultivo es otro factor que influencia el contenido de amilosa.

Jiang et al. (2003) analizaron arroces que fueron cultivados bajo dos condiciones de

temperatura 22/28 °C y 29/35 °C, y encontraron que a mayores temperaturas, disminuyó

el contenido de amilosa, ellos lo atribuyeron a una reducción en la actividad de la enzima

GBSS. De modo contrario, Ahmed et al. (2008) utilizaron arroces cultivados a 22 y 12 °C,

y reportaron que a 12 °C, hubo un incremento del contenido de amilosa, debido a una

mayor actividad enzimática de la GBSS. Las muestras analizadas en este trabajo fueron

Resultados y Discusión

63

cultivadas bajo las mismas condiciones de temperatura pero aun así presentan diferencias,

determinadas en parte por su trasfondo genético y por el manejo del cultivo pre y post

cosecha.

6.3 Propiedades térmicas del almidón arroz

Las características de gelatinización de los arroces se muestran en la Cuadro 4. En

base a sus valores de Tp, las muestras se clasificaron en dos grupos: el grupo A de

temperatura de gelatinización baja (A06, Campechano, Cotaxtla y Filipino), con valores de

Tp de 65.6-67.1 °C y el grupo B de temperatura de gelatinización alta (A92, A98,

Champotón, Culiacán y Huimanguillo), con valores de Tp de 74.9-76.6 °C, las diferencias

entre ambos grupos fueron estadísticamente significativas. Las entalpías de gelatinización

se encontraron en el intervalo de 7.7-11.9 J/g y fueron significativamente menores para

los arroces del grupo A. Para el intervalo de gelatinización se encontró que éste fue

ligeramente más amplio para las variedades del grupo A, pero esto se reflejó solamente en

tres de las cuatro variedades. Sasaki et al. (2000) reportan que un IG amplio se debe a que

hay una mayor cantidad de cristales heterogéneos, menos estables, que alteran el orden

estructural del almidón.

Varavinit et al. (2003) analizaron las propiedades térmicas de 11 variedades de

arroz de Tailandia y reportaron una correlación positiva entre el contenido de amilosa y

los parámetros de gelatinización de los arroces, exceptuando a la entalpía (ΔH); los autores

concluyeron que la temperatura de gelatinización aumenta al incrementar el contenido de

amilosa. Por otro lado, Chung et al. (2010) no encontraron una correlación entre las

Resultados y Discusión

64

Cuadro 4. Temperaturas, entalpía e intervalo de gelatinización de diferentes variedades de arroz.

Variedad Ti (°C)¥,Ø Tp (°C)¥,Ø Tf (°C)¥,Ø ΔH (J/g)¥,Ø IG (Tf - Ti)

A06 62.0 ± 0.4c 67.0 ± 0.0d 72.9 ± 0.6d 7.9 ± 0.2d 10.9

A92 70.7 ± 0.1b 75.5 ± 0.1b 80.7 ± 0.2a,b 11.7 ± 0.2a 10.0

A98 70.9 ± 0.2b 75.8 ± 0.2b 81.5 ± 0.1a 11.9 ± 0.2a 10.6

Campechano 61.4 ± 0.2d 66.2 ± 0.1e 72.6 ± 0.2d,e 9.5 ± 0.3c 11.2

Champotón 71.9 ± 0.0a 76.6 ± 0.4a 81.5 ± 0.4a 11.4 ± 0.2a,b 9.6

Cotaxtla 62.3 ± 0.2c 67.1 ± 0.1d 72.3 ± 0.2d,e 7.7 ± 0.4d 10.0

Culiacán 71.6 ± 0.3a 75.6 ± 0.5b 80.1 ± 0.4b,c 10.9 ± 0.1b 8.5

Filipino 60.6 ± 0.1e 65.6 ± 0.0e 71.9 ± 0.0e 10.0 ± 0.2c 11.3

Huimanguillo 70.5 ± 0.1b 74.9 ± 0.3c 79.7 ± 0.4c 11.5 ± 0.2a,b 9.2

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes (P < 0.05).

Ø Promedio de tres mediciones ± desviación estándar.

Ti= Temperatura de inicio; Tp= Temperatura de pico; Tf= Temperatura final; ΔH= Entalpía; IG= Intervalo de gelatinización.

Resultados y Discusión

65

temperaturas de gelatinización y el contenido de amilosa, pero si una correlación negativa

entre la ΔH y la amilosa. Sin embargo, Vandeputte et al (2003a) explican que la amilosa

libre disminuye la temperatura de gelatinización en arroces con Tp intermedia y alta (71-

78 °C), y por el contrario, el complejo amilosa-lípidos, incrementa las temperaturas de

gelatinización y disminuye el intervalo de gelatinización, sin importar la Tp del arroz,

concluyendo que la amilosa que se encuentra en la parte amorfa del almidón, puede

facilitar la gelatinización, mientras que el complejo amilosa-lípidos la retrasa.

Los complejos amilosa-lípidos se clasifican en dos: el tipo I, que corresponde a una

estructura mayormente amorfa y se disocia a temperaturas inferiores a los 100 °C y el tipo

II, que corresponde a una estructura más cristalina y se disocia a temperaturas superiores

a los 100 °C (Putseys et al., 2010). Las propiedades térmicas de los complejos amilosa-

lípidos observados en el arroz durante la gelatinización se muestran en el Cuadro 5. Las

temperaturas y entalpía de transición térmica de los complejos I y II son similares para

todas las muestras, por lo cual para las muestras aquí estudiadas no se observó un efecto

de los complejos sobre los parámetros térmicos y entalpias de gelatinización del arroz a

diferencia de lo reportado por Vandeputte et al (2003a).

Para las 9 variedades estudiadas, la Tp del complejo tipo I osciló entre 96.9-101.5

°C, donde las diferencias estadísticas evidentes fueron entre A06 y Filipino. La entalpía del

complejo I fluctuó entre los 0.6-1.3 J/g. Para el caso del complejo tipo II, las temperaturas

de transición térmica fueron mayores y la ΔH fue menor para casi todas las muestras, en

comparación con las del complejo I. La Ti del complejo tipo II, se encontró en el intervalo

de 108.7-112.8 °C y la entalpía de 0.2-0.6 J/g. Lamberts et al. (2009) encontraron para dos

Resultados y Discusión

66

Cuadro 5. Temperaturas y entalpía de gelatinización de los complejos amilosa-lípidos de

diferentes variedades de arroz¥,Ø.

Variedad Ti (°C) Tp (°C) Tf (°C) ΔH (J/g)

Complejo Tipo I

A06 98.1 ±1.4a 101.5 ± 1.4a 103.6 ± 0.3a,b,c 0.5 ± 0.1e

A92 92.2 ± 0.5b,c 99.1 ± 0.3b,c 104.0 ± 0.7a,b 1.1 ± 0.0a,b

A98 95.2 ± 0.6a,b 100.4 ± 0.4a,b 104.7 ± 0.6a 0.7 ± 0.2c,d,e

Campechano 92.3 ± 0.8b,c 98.5 ± 0.4b,c 103.1 ± 0.1a,b,c 0.9 ± 0.2b,c,d

Champotón 93.4 ± 0.2b,c 99.2 ± 0.1b,c 103.3 ± 0.4a,b,c 0.6 ± 0.0d,e

Cotaxtla 93.6 ± 0.5b,c 98.4 ± 0.1b,c 102.0 ± 0.6c 0.6 ± 0.0d,e

Culiacán 95.3 ± 2.1a,b 99.9 ± 1.1a,b 104.5 ± 1.3a,b 1.0 ± 0.2a,b,c

Filipino 89.6 ± 0.8c 96.9 ± 0.6c 102.8 ± 0.4b,c 1.3 ± 0.1a

Huimanguillo 92.8 ± 0.1b,c 99.4 ± 0.0a,b 103.8 ± 0.3a,b,c 0.8 ± 0.0c,d,e

Complejo Tipo II

A06 108.1 ± 0.5a,b 110.9 ± 0.6b,c 113.6 ± 0.1d 0.5 ± 0.1a,b

A92 108.6 ± 1.0a,b 111.9 ± 0.4a,b 114.9 ± 0.3b,c 0.3 ± 0.1c,d

A98 109.5 ± 0.5a 112.8 ± 0.2a 116.1 ± 0.1a 0.3 ± 0.0b,c,d

Campechano 107.5 ± 0.7a,b,c 110.4 ± 0.1c 113.5 ± 0.1d 0.2 ± 0.0d

Champotón 108.4 ± 1.2a,b 111.3 ± 0.3b,c 114.3 ± 0.4c,d 0.2 ± 0.0d

Cotaxtla 107.7 ± 0.3a,b,c 111.7 ± 0.3a,b,c 114.2 ± 0.0c,d 0.6 ± 0.0a

Culiacán 106.5 ± 0.7b,c 111.4 ± 0.3b,c 114.3 ± 0.3c,d 0.2 ± 0.0c,d

Filipino 105.0 ± 0.7c 108.7 ± 0.3d 115.1 ± 0.1a,b,c 0.3 ± 0.0c,d

Huimanguillo 108.2 ± 0.8a,b 111.8 ± 0.5a,b 115.8 ± 0.9a,b 0.4 ± 0.1a,b,c

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes (P<0.05).

Ø Promedio de tres mediciones ± desviación estándar.

Ti= Temperatura de inicio; Tp= Temperatura de pico; Tf= Temperatura final; ΔH= Entalpía.

Resultados y Discusión

67

variedades de arroz cosechado en Bélgica una Tp de 101.2 °C y una ΔH de 0.4-0.6 J/g,

pero no detecto ningún complejo por debajo de los 100 °C. Sin embargo, Derycke et al.

(2005) en las mismas variedades de Bélgica, si detectaron los dos complejos a

temperaturas similares a las obtenidas en este trabajo. Se han sugerido dos mecanismos de

formación de los complejos entre la amilosa y los lípidos; en uno, la formación del

complejo depende del empaquetamiento que tenga cada complejo individual presente en el

almidón nativo, en otro, se debe a una cristalización in situ de la amilosa en presencia de

lípidos endógenos disponibles (Derycke et al., 2005).

El arroz no es solo una mezcla polimérica de amilosa y amilopectina, también tiene

un porcentaje importante de proteína que podría influir en los parámetros térmicos del

arroz. Ju et al. (2001) aislaron albúmina, globulina, glutelina y prolamina a partir de harina

de arroz y les evaluaron sus características térmicas. Encontraron que la temperatura de

desnaturalización de las proteínas estuvo en el intervalo de 73.3-82.2 °C, mientras que las

temperaturas de gelatinización de la harina y el almidón fueron, 80.5 °C y 84.7,

respectivamente. En cuanto a las entalpías, en el caso de las proteínas varió de 3.79-2.88

J/g, para el almidón y la harina fueron 10.53 y 8.49 J/g. La desnaturalización de las

proteínas se empalma con la gelatinización de almidón, por lo tanto los valores de las

propiedades térmicas obtenidos en el presente estudio podrían estar reflejando la

interacción de las proteínas y el almidón.

Las harinas de arroz se almacenaron durante 7 días a 4 °C y se evaluaron sus

características de retrogradación (Cuadro 6). Las temperaturas de retrogradación

fueron menores que las obtenidas durante la gelatinización, debido a que durante el

Resultados y Discusión

68

Cuadro 6. Temperaturas, entalpía, intervalo de retrogradación y porcentaje de retrogradación de diferentes variedades de arroz.

Variedad Ti (°C)¥,Ø Tp (°C)¥,Ø Tf (°C)¥,Ø ΔH (J/g)¥,Ø IR (Tf - Ti) %R

A06 42.7 ± 0.2a 52.4 ± 0.1a,b 61.2 ± 0.4b 2.6 ± 0.1d 18.5 33.0

A92 39.3 ± 0.0d 50.6 ± 0.1d,e 63.8 ± 0.5a 7.4 ± 0.1a 24.5 63.7

A98 39.4 ± 0.6d 52.1 ± 0.2a,b 63.9 ± 0.5a 7.6 ± 0.4a 24.5 63.9

Campechano 42.0 ± 0.2a,b 51.8 ± 0.4b,c 60.9 ± 0.6b 4.3 ± 0.3c 18.9 45.3

Champotón 39.3 ± 0.4d 52.8 ± 0.4a 63.5 ± 0.2a 7.4 ± 0.2a 24.2 65.0

Cotaxtla 41.3 ± 0.3a,b,c 51.9 ± 0.0b,c 61.7 ± 0.5b 4.4 ± 0.2c 20.4 57.1

Culiacán 40.4 ± 0.5c,d 52.2 ± 0.2a,b 64.1 ± 0.1a 7.7 ± 0.1a 23.7 71.0

Filipino 40.6 ± 0.2b,c,d 50.1 ± 0.4e 61.7 ± 0.5b 4.4 ± 0.3c 21.1 44.0

Huimanguillo 39.3 ± 1.1d 51.3 ± 0.4c,d 63.6 ± 0.6a 7.8 ± 0.7a 24.3 67.8

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes (P<0.05).

Ø Promedio de tres mediciones ± desviación estándar.

Ti= Temperatura de inicio; Tp= Temperatura de pico; Tf= Temperatura final; ΔH= Entalpía; IR= Intervalo de retrogradación;

%R= Porcentaje de retrogradación, (ΔHR/ΔHG) 100.

Resultados y Discusión

69

almacenamiento se forman cristales pequeños o imperfectos, los cuales se desorganizan a

bajas temperaturas. Las Tp obtenidas después de almacenar las harinas de arroz

gelatinizado se obtuvieron en el intervalo de 50.1-52.8 °C. Se encontraron diferencias

estadísticas significativas entre las muestras para la Ti y la Tp, pero las diferencias fueron

más evidentes en la Tf, ya que esta temperatura fue menor para las variedades A06,

Campechano, Cotaxtla y Filipino (≈61.6 °C), mientras que el resto de las variedades

presentaron un valor significativamente mayor (≈63.8 °C). Se ha reportado que la Ti de

retrogradación del arroz incrementa conforme lo hace el contenido de amilosa (Yu et al.,

2009; Chung et al. 2010), pero esta tendencia no se vio reflejada en los resultados

obtenidos.

La entalpía de retrogradación (ΔHR) muestra la misma tendencia que la Tf entre

variedades, de acuerdo a Philpot et al. (2006) la distribución de la longitud de cadena de la

amilopectina contribuye a las diferencias en el grado de retrogradación del almidón,

siendo que las cadenas con un GP de 6-9 y GP >25 la inhiben, mientras que las de GP 12-

22 la promueven, ya que debido a su tamaño, su movilidad es mayor en comparación con

cadenas cortas o muy largas. Esto puede ser el motivo de las diferencias entre los dos

grupos de arroces ya que para las muestras A06, Campechano, Cotaxtla y Filipino, la ΔHR

es significativamente menor que el resto de las variedades, indicando que en esas muestras

se formaron cristales estructuralmente imperfectos y posiblemente de menor tamaño, que

necesitaron de menos energía y de un intervalo de temperatura menor para disociarse, lo

anterior se corrobora con el porcentaje de retrogradación obtenido para las variedades

A06, Campechano, Cotaxtla y Filipino. Los parámetros térmicos del complejo amilosa

lípidos en el arroz almacenado se presentan en el Cuadro 7. El termograma sólo arrojó la

Resultados y Discusión

70

Cuadro 7. Temperaturas y entalpía de retrogradación del del complejo amilosa-

lípidos de diferentes variedades de arroz¥,Ø.

Variedad Complejo amilosa-lípidos

Ti (°C) Tp (°C) Tf (°C) ΔH (J/g)

A06 94.9 ± 1.3a 101.4 ± 0.4a 105.1±0.2a 0.9±0.0a

A92 95.6 ± 0.7a 102.0 ± 1.2a 104.9± 0.2a 0.8±0.1a

A98 96.2 ± 0.9a 101.8 ± 0.9a 105.7±0.9a 1.0±0.1a

Campechano 94.8 ± 1.1a 101.2 ± 0.4a 105.0±0.5a 0.9±0.0a

Champotón 94.9 ± 0.8a 100.7 ± 0.1a 104.5±0.3a 1.1±0.1a

Cotaxtla 95.6 ± 1.5a 100.1 ± 0.1a 103.5±0.2a 0.8±0.2a

Culiacán 94.8 ± 0.7a 101.7 ± 1.3a 105.5±1.4a 1.3±0.4a

Filipino 95.0 ± 0.9a 100.7 ± 0.3a 105.0±1.0a 0.9±0.2a

Huimanguillo 94.5 ± 0.3a 100.9 ± 0.2a 104.4±0.2a 0.9±0.0a

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente

diferentes (P<0.05). Ø Promedio de tres mediciones ± desviación estándar.

Ti= Temperatura de inicio; Tp= Temperatura de pico; Tf= Temperatura final; ΔH= Entalpía.

Resultados y Discusión

71

presencia de un complejo, en el cual las temperaturas de transición térmica y la entalpía no

presentaron diferencias estadísticas significativas. Los valores obtenidos en la

retrogradación fueron ligeramente menores a los obtenidos para el complejo tipo I

durante la gelatinización y son similares a los reportados por otros autores

(Thirathumthavorn y Charoenrein, 2005; Tian et al., 2010). El aumento en la entalpía del

complejo amilosa-lípidos podría deberse a que durante el almacenamiento a 4 °C la

nucleación del complejo es rápido y los cristales formados necesitaron de más energía para

ser desorganizados en comparación con la desorganización que ocurre en el complejo

amilosa-lípidos durante la gelatinización (Boltz y Thompson, 1999).

6.4 Propiedades de formación de pasta del almidón arroz

Los resultados del análisis de formación de pastas del arroz se muestran en el

Cuadro 8 y los viscogramas en la Figura 15. El perfil de viscosidad del arroz refleja los

cambios que ocurren en el gránulo de almidón durante la gelatinización y la

retrogradación, además de las interacciones que pueda haber entre el almidón-lípidos-

proteínas. La Tfp fluctuó de 66.4-77.2 °C y fue similar a la Tp de gelatinización. Para las

muestras Campechano, Cotaxtla y Filipino la viscosidad de pico (Vp) fue mayor que el

resto de las variedades, a pesar de que su contenido de amilosa es mayor. La amilosa

restringe el hinchamiento granular, en base a esto se esperaría que la Vp fuera menor para

esas muestras, pero probablemente la amilosa que tienen lixivia más fácilmente del

gránulo permitiendo que el hinchamiento aumente. Sin embargo, como se mencionó, el

arroz es una mezcla de almidón, lípidos y proteínas, pero aunque los dos últimos están en

menor proporción, tienen un efecto sobre el empastado.

Resultados y Discusión

72

Cuadro 8. Propiedades de formación de pasta de las diferentes variedades de arroz¥,Ø.

Variedad Tfp (°C) Vp (cP) Vro (cP) Vre (cP) Vf (cP)

A06 68.5 ± 0.1c 2699 ± 4g 936 ± 8f 2096 ± 9g 3859 ± 20g

A92 74.8 ± 0.1b 4712 ± 36e 3187 ± 5a 1928 ± 15h 3453 ± 17h

A98 74.8 ± 0.0b 4805 ± 22e 3272 ± 20a 1951 ± 8h 3484 ± 6h

Campechano 66.4 ± 0.1d 5651 ± 30b 2173 ± 63e 4205 ± 28c 7683 ± 56c

Champotón 77.2 ± 0.0a 4457 ± 40f 2726 ± 22c 2468 ± 40f 4233 ± 18f

Cotaxtla 68.6 ± 0.2c 5839 ± 53a 2421 ± 51d 4739 ± 8a 8156 ± 42a

Culiacán 76.4 ± 0.0a 5348 ± 58d 2689 ± 88c 3398 ± 56d 6056 ± 37d

Filipino 68.9 ± 1.2c 5713 ± 47b 2183 ± 66e 4458 ± 46b 7988 ± 49b

Huimanguillo 74.3 ± 0.2b 5475 ± 31c 2899 ± 32b 2976 ± 18e 5518 ± 35e

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes (P<0.05).

Ø Promedio de tres mediciones ± desviación estándar.

Tfp= Temperatura de formación de la pasta; Vp= Viscosidad pico; Vro= Viscosidad de rompimiento; Vre= Viscosidad de

recuperación; Vf= Viscosidad final.

Resultados y Discusión

73

Figura 15. Perfiles de formación de pastas de diferentes variedades de arroz.

Resultados y Discusión

74

La variedad A06 presentó el mayor contenido de proteínas y lípidos (Cuadro 3) y a

su vez las menores Vp y Vro. Saleh (2006) removió los lípidos y las proteínas de dos

diferentes harinas de arroz y estudió el efecto de la remoción sobre la Vp. Encontró que las

proteínas promueven la formación de una matriz polimérica confiriendo rigidez a los

gránulos de almidón, además tanto proteínas como lípidos restringen la absorción de agua

y por lo tanto el hinchamiento, esto provoca un aumento en la integridad granular que en

consecuencia provoca una disminución en la Vp. Lo anterior se relaciona también con la

Vro, ésta da un parámetro de la rigidez/fragilidad granular afectada por el cizallamiento

durante la prueba. Xie et al. (2008) reportaron que la adición de DDT (ditiotreitol, agente

reductor que durante el calentamiento contribuye a desnaturalizar las proteínas,

reduciendo los enlaces disulfuro) a harinas de arroz, dio como resultado una disminución

en la Vro, indicando que la ausencia de la rigidez conferida por los enlaces disulfuro de las

proteínas, contribuye a que los gránulos hinchados se rompan fácilmente, por el contrario

la presencia de estos enlaces contribuye a la rigidez de los gránulos y en consecuencia a un

decremento menor en la Vro.

La Vre es una evidencia de la retrogradación que ocurre en la pasta de arroz debido

a la presencia de amilosa que se reorganiza en un periodo menor que la amilopectina. De

las muestras utilizadas en este trabajo solo cinco (A06, Campechano, Cotaxtla, Culiacán y

Filipino) presentaron una Vre relacionada con su contenido de amilosa, pero la variedad

Huimanguillo, a pesar de tener un 30% de amilosa, no mostró un aumento notorio en su

Vre, mientras que A92, A98 y Champotón si mostraron valores menores de acuerdo a su

contenido menor de amilosa. Según lo reportado por Vandeputte et al. (2003b), el nivel de

amilosa dentro del espacio intra-granular (matriz de amilosa) debe ser suficiente para

Resultados y Discusión

75

formar una red de amilosa que se refleje en el incremento de la viscosidad. En cuanto a la

Vf, se encontró un intervalo amplio en las diferencias estadísticas, y los valores de este

parámetro siguieron la misma tendencia que los de la Vre, por lo tanto para este análisis,

la amilosa si tuvo un efecto notorio en la formación de pastas, especialmente en la etapa de

enfriamiento.

6.5 Propiedades texturales del arroz

En el Cuadro 9 se pueden observar los resultados de la evaluación de textura en los

geles de harina arroz. Cuando las muestras se almacenaron por 1 día, la dureza fue mayor

para la variedad Huimanguillo (5.2 gf), mientras que la muestra Champotón formó un gel

más suave (2.0 gf). Estas diferencias se deben principalmente al contenido de amilosa, ya

que por ejemplo las variedades con un gel más duro también tienen un valor mayor de

amilosa (Cuadro 3). En el caso de los complejos amilosa-lípidos, estos interfieren en la

reasociación de la amilosa retardando el proceso de retrogradación (Cameron y Wang,

2005). Singh et al. (2010) mencionaron que la estructura de un gel no solo depende de la

concentración de almidón sino también de la estructura de los gránulo hinchados, de la

cantidad de amilosa y amilopectina que fue lixiviada y de las condiciones de calentamiento

como son el tiempo, temperatura y velocidad de calentamiento. Hay pocos estudios que

reporten la diversidad en las propiedades texturales de geles de arroz. Tan y Corke (2002)

observaron que la dureza de los geles de 63 accesiones de arroz estuvo en el intervalo de

2.5-24.4 gf. Vandeputte et al. (2003c) reportaron valores de dureza de 9.0-224.6 gf, después

de dos días de almacenamiento a 6 °C. Cameron y Wang (2005) para

Resultados y Discusión

76

Cuadro 9. Propiedades texturales de geles de diferentes variedades de arroz ¥.

Variedad

Gel de arroz (gf)Ø,§

Almacenado 1 día Almacenado 7 días

Dureza Pegajosidad Dureza Pegajosidad

A06 2.8 ± 0.2c 2.0 ± 0.1b,c 3.5 ± 0.1e 1.9 ± 0.1b,c

A92 2.1 ± 0.1e,f 1.4 ± 0.1e 3.0 ± 0.2e 1.4 ± 0.2d,e

A98 2.4 ± 0.0d,e 1.7 ± 0.0c,d,e 4.5 ± 0.3d 1.4 ± 0.0d,e

Campechano 3.4 ± 0.1b 2.1 ± 0.0b 4.3 ± 0.2d 2.4 ± 0.2a

Champotón 2.0 ± 0.1f 1.6 ± 0.0d,e 4.4 ± 0.1d 1.3 ± 0.1f

Cotaxtla 2.6 ± 0.0c,d 1.9 ± 0.0b,c,d 4.6 ± 0.3d 1.7 ± 0.1c,d

Culiacán 2.2 ± 0.2d,e,f 1.5 ± 0.1d,e 6.9 ± 0.3b 2.2 ± 0.2a,b

Filipino 3.6 ± 0.2b 2.0 ± 1.1b,c 6.2 ± 0.3c 2.2 ± 0.1a,b

Huimanguillo 5.2 ± 0.1a 2.7 ± 0.3a 7.4 ± 0.1a 2.1 ± 0.1a,b

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes

(P < 0.05). Ø Promedio de cinco mediciones ± desviación estándar.

§ Almacenado a 4 °C.

Resultados y Discusión

77

8 variedades de arroz encontraron una dureza de 9.5-20.6 gf. Por su parte Bao et al. (2004)

reportaron valores entre los 7.9-43.5 gf. Los resultados obtenidos en el presente trabajo

son diferentes a algunos de los ya reportados, pero estas diferencias pueden deberse no

solo al genotipo, sino también al método usado para la medición y las condiciones bajo las

cuales se elaboró la pasta para obtener los geles.

La pegajosidad después de 1 día de almacenaje fue mayor para la variedad

Huimanguillo (2.7gf) y la variedad A92 fue la de menor valor (1.4 gf), a su vez estas

variedades fueron las de mayor y menor contenido de amilosa, respectivamente. Bexter et

al. (2004) menciona que las principales proteínas del arroz, prolamina y glutelina tienen

efectos diferentes sobre la pegajosidad de la harina de arroz. La prolamina suaviza la

estructura del gel y lo hace menos pegajoso, mientras que la glutelina produce un gel más

rígido y pegajoso. Por lo tanto, además de la amilosa se tiene que tener en consideración el

contenido de proteínas del arroz.

Cuando los geles se almacenaron por siete días, la dureza incrementó para todas las

muestras, especialmente para la variedad Culiacán, lo cual concuerda con el porcentaje de

retrogradación de esta muestra. Después de 1 semana de almacenamiento, los

componentes del almidón recristalizaron y formaron estructuras más ordenas que

presentaron mayor oposición a la fuerza de penetración en comparación con las muestras

almacenadas por 1 día. En los resultados correspondientes a la pegajosidad, no se observó

ninguna tendencia con respecto al aumento o disminución de ésta en relación a los

resultados obtenidos después de un día de almacenamiento.

Resultados y Discusión

78

En el Cuadro 10 se muestra el tiempo de cocción y la dureza y pegajosidad del

arroz cocido. De acuerdo a la definición de Ranghino (1966), es el tiempo necesario para

que el 90% de los granos se vuelvan translucidos, cuando se cuecen en una cacerola en

agua destilada a 96 °C, posteriormente, Juliano et al. (1981a) prefirió llamarlo tiempo de

cocción mínimo, y con la adición de 2 min se obtiene el tiempo de cocción óptimo. La

cantidad de agua usada, la temperatura de gelatinización del almidón, las dimensiones del

grano, y la translucidez u opacidad del endospermo, son los factores que influencian el

tiempo requerido para cocer completamente el arroz (Lucisano et al., 2009).

Las variedades del tipo Morelos fueron las que requirieron de más tiempo para

completar su cocción, seguidas de las tipo Milagro y por último las tipo Sinaloa (Cuadro

10). Al comparar estos resultados con los del Cuadro 2, se observa que las variedades con

mayor tiempo de cocción son también las más gruesas y que las dos variedades más suaves

(Champotón y Huimanguillo) son las de menor ancho y grosor. Singh et al. (2003)

investigaron las características de cocción de seis variedades de arroz, y encontraron que

el valor de la relación l/a se correlacionaba positivamente con la dureza del arroz, pero en

este trabajo no se observó la misma tendencia. Vidal et al. (2007) encontraron que la

textura era dependiente las características morfológicas del grano: ancho y grosor. Los

autores explicaron que esto se podría deber a la rapidez con la que el agua se difunde al

interior del grano, por lo tanto entre más delgado el grano menor tiempo de cocción. Los

granos redondos tienen menor área superficial en comparación con los granos largos y

delgados, lo cual sugiere que el tiempo de cocción óptimo depende del grosor y el área

superficial del grano.

Resultados y Discusión

79

Cuadro 10. Propiedades texturales de diferentes variedades de arroz cocido.

Variedad Tipo de grano

Arroz cocido

Tiempo de cocción optimo (min)

Dureza

(N)¥,Ø

Pegajosidad

(N.s)¥,Ø

A06 Morelos 27 115 ± 3.0a 4.4 ± 0.3b

A92 Morelos 27 101 ± 1.1b 6.1 ± 0.2a

A98 Morelos 27 102 ± 2.1b 6.1 ± 0.2a

Campechano Milagro 25 96 ± 0.9b,c 2.9 ± 0.1c,d

Champotón Sinaloa 22 68 ± 1.8e 2.6 ± 0.0c,d

Cotaxtla Sinaloa 22 95 ± 4.3b,c 3.4 ± 0.7c

Culiacán Sinaloa 22 87 ± 4.7c,d 2.3 ± 0.2d

Filipino Milagro 25 97 ± 2.3b 2.5 ± 0.1c,d

Huimanguillo Sinaloa 22 80 ± 3.6d 2.9 ± 0.3c,d

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente

diferentes (P < 0.05). Ø Promedio de tres mediciones ± desviación estándar.

Resultados y Discusión

80

Se observó una tendencia ligera de las muestras a ser menos duras conforme

disminuye el tiempo de cocción. Ha sido ampliamente reportado que las variedades con

bajo contenido de amilosa son menos duras y más pegajosas (Lucisano et al., 2009; Yu et

al., 2009), pero en el presente estudio las variedades A92 y A98 que son dos de las

muestras más duras también fueron las más pegajosas. La dureza de estas variedades pudo

deberse a su ancho (2.7 mm) que es significativamente mayor que el resto de las

variedades (a excepción de A06) y la pegajosidad podría estar relacionada con su menor

contenido de amilosa. Por otro lado, durante la cocción del arroz se destruye la superficie

del endospermo, los gránulos de almidón gelatinizan, la amilosa lixivia al agua de cocción

del gránulo y en menor proporción también lo hacen algunas cadenas de amilopectina.

Durante el enfriamiento se forma una matriz donde interactúa la oryzenina (glutelina) que

se enlaza a la amilosa o la amilopectina y que influencia positivamente la pegajosidad del

arroz (Martin y Fitzgerald, 2001). Por la anterior se esperaría que a mayor contenido de

proteína las muestras fueran más pegajosas, pero esta solo se observa en la variedad A06.

6.6 Fracciones de almidón de importancia nutricional en el arroz (ADR, ADL y AR)

Se evaluó la digestibilidad in vitro del almidón en harina de arroz crudo y arroz

cocido y los resultados se presentan en el Cuadro 11. En el caso de las muestras crudas el

ADR fue mayor en las variedades del grupo A (A06, Campechano, Cotaxtla y Filipino) con

un valor promedio de 47%, mientras que el resto de las variedades tuvo un resultado

promedio de 33.1%. Para el ADL, a pesar de que existen diferencias significativas la

tendencia de los resultados es similar, para éste parámetro se tuvo un valor promedio de

36.3%. El AR mostró resultados inversos a los encontrados en el ADR, ya que los arroces

Resultados y Discusión

81

Cuadro 11. Fracciones de almidón de importancia nutricional de diferentes variedades de arroz¥,Ø.

Variedad Fracciones de almidón de importancia nutricional (%)

Crudo Cocido

ADR ADL AR ADR ADL AR

A06 46.1 ± 1.2b,c 36.8 ± 1.6b,c 17.1 ± 1.8e 87.6 ± 2.5a 5.9 ± 2.4b,c 6.5 ± 1.8a

A92 31.6 ± 0.6e 38.0 ± 1.1a,b 30.4 ± 0.9b 86.7 ± 2.1a,b 4.8 ± 2.4c 8.5 ± 1.6a

A98 32.5 ± 0.5e 33.2 ± 1.4d 34.3 ± 1.1a 80.4 ± 2.5d 12.3 ± 3.5a 7.3 ± 2.3a

Campechano 45.5 ± 0.7c 33.4 ± 1.3d 21.1 ± 1.1d 87.3 ± 1.7a 5.7 ± 2.4b,c 7.0 ± 2.1a

Champotón 35.5 ± 1.1d 34.5 ± 0.8c,d 30.0 ± 1.3b 82.9 ± 2.7b,c,d 10.2± 3.5a,b 6.9 ± 2.3a

Cotaxtla 48.9 ± 1.3a 37.5 ± 2.0b 13.6 ± 2.2f 84.7 ± 3.1a,b,c 7.7 ± 2.6a,b,c 7.6 ± 2.7a

Culiacán 33.0 ± 0.5e 38.6 ± 1.5a,b 28.4 ± 1.5b,c 85.8 ± 1.5a,b 6.1 ± 1.6b,c 8.1 ± 1.0a

Filipino 47.4 ± 1.6a,b 34.0 ± 1.2d 18.6 ± 1.3d,e 86.4 ± 1.4a,b 6.0 ± 2.0b,c 7.6 ± 1.7a

Huimanguillo 33.0 ± 0.6e 40.4 ± 1.7a 26.6 ± 1.6c 81.6± 2.8c,d 9.7 ± 3.7a,b 8.7 ± 1.2a

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes (P < 0.05).

Ø Promedio de tres mediciones ± desviación estándar.

ADL= Almidón de digestión lenta; ADR= Almidón de digestión rápida; AR= Almidón resistente.

Resultados y Discusión

82

del grupo A, que presentaron más ADR, tuvieron menos AR (en promedio 17.6%). En los

primeros 20 minutos del análisis, los arroces del grupo A fueron hidrolizados a mayor

velocidad que los del grupo B, durante los 100 minutos restantes la hidrolisis fue similar

para todas las variedades, pero el AR que es el almidón que resistió la hidrolisis después de

120 min fue mayor para los arroces del grupo B. Los arroces del grupo A presentaron Tp

de gelatinización menores a los del grupo B, por lo que la temperatura de gelatinización

podría servir para predecir la velocidad de digestión del arroz.

Cuando el arroz fue cocido, el ADR incrementó para todas las variedades, mientras

que el ADL y el AR disminuyeron. Se obtuvieron diferencias estadísticas significativas

para los resultados del ADR y ADL (=0.05), no así para el AR. Los cambios ocurridos en

la digestibilidad del arroz en relación al almidón se deben al procesamiento térmico, ya

que la cocción desorganiza completamente la estructura cristalina de los gránulos nativos

y facilita la hidrólisis enzimática.

Algunos autores han reportado resultados similares a los encontrados en el

presente trabajo. Sagum y Arcot (2000) reportaron para arroz crudo valores de 26, 63 y

11% de ADR, ADL y AR, respectivamente, mientras que en la muestra cocida, obtuvieron

valores de 58% de ADR, 40% de ADL y 2% de AR. Rashmi y Urooj (2003) reportaron

valores para arroz cocido en exceso de agua de 76.2, 17.2 y 6.6 %, para ADL, ADR y AR,

respectivamente. Recientemente, Patindol et al. (2010b) analizaron 36 muestras de arroz, y

reportaron valores entre 52.4-69.4%, 10.3-26.6% y 1.2-9.0% para el ADR, ADL y AR,

respectivamente. Usualmente la amilosa se asocia con una menor digestibilidad del

almidón, pero los autores de los tres últimos trabajos referenciados, concluyen que el ADR

Resultados y Discusión

83

y ADL no dependen del contenido de amilosa, sin embargo, el AR sí. La diferencia en el

contenido de amilosa (Cuadro 3) en las muestras utilizadas en este trabajo fue

estadísticamente diferente (=0.05), pero los valores numéricos no presentan un margen

amplio entre ellas, lo cual puede ser una razón para no observar diferencias en el AR.

Además, en este trabajo como se describió, las muestras fueron cocidas en exceso de agua;

en el agua de cocción hay amilosa que lixivió durante la gelatinización y que se perdió

cuando se eliminó el agua, probablemente si las muestras se hubieran cocido únicamente

con el agua necesaria, se hubieran observado diferencias en relación al AR ya que a pesar

de que el tiempo que transcurrió entre la preparación de la muestra y el inicio del ensayo

fue corto (45-60 min), la amilosa que fue descartada, pudo haber tenido un efecto sobre la

digestibilidad del almidón. Para el caso del ADR y el ADL, se ha reportado que estos

parámetros se ven afectados por la distribución de la longitud de las cadenas de la

amilopectina, especialmente las cadenas con un GP 8-12 y 16-26 (Srichuwong et al., 2005;

Benmoussa et al., 2007). Por lo tanto, el análisis de la estructura de la amilopectina, en

especial su distribución de la longitud de cadenas podría darnos la pauta para explicar las

diferencias encontradas en la digestibilidad del almidón de arroz.

6.7 Análisis de correlación para las variables medidas en el arroz

Los resultados del análisis de correlación realizado entre los resultados de las

dimensiones del grano, la composición proximal y las propiedades fisicoquímicas y

nutricionales de muestra en el Cuadro 12 (sólo se muestran las correlaciones con

coeficientes por arriba de 0.7). Se observó una relación de incremento entre los lípidos,

proteínas y cenizas posiblemente debido al DOM de las muestras. La Tp de gelatinización

Resultados y Discusión

84

Cuadro 12. Matriz de correlación entre las variables evaluadas en diferentes variedades de arroz¥.

Variable Variable Coeficiente de

correlación

Proteína Lípidos 0.74

Lípidos Cenizas 0.79

TpG Tfp 0.97

TpG ΔHR 0.93

TpG IR 0.91

TpG ADR crudo -0.96

TpG AR crudo 0.90

%R ADR crudo -0.76

IR AR crudo 0.82

Vp Proteína -0.84

Vro Proteína -0.74

Vro ΔHG 0.80

Vre Amilosa 0.73

Vf Amilosa 0.76

TC Ancho 0.95

DAC Grosor 0.88

PAC Largo 0.93

DG1 Amilosa 0.82

SG1 DG1 0.92

SG1 Amilosa 0.74

ADR crudo AR crudo -0.93

ADL cocido ADR cocido -0.88 ¥ Los coeficientes de correlación son significativos a una P < 0.001.

TpG= Temperatura de inicio de gelatinización; ΔHG= Entalpía de gelatinización;

TpR= Temperatura de inicio de retrogradación; ΔHR= Entalpía de retrogradación; %R= Porcentaje de retrogradación; IR=Intervalo de retrogradación; Tfp=Temperatura de formación de la pasta; Vp= Viscosidad de pico; Vro= Viscosidad de rompimiento; Vre= Viscosidad de recuperación; Vf= Viscosidad final; TC= Tiempo de cocción; DAC= Dureza del arroz cocido; PAC= Pegajosidad del arroz cocido; DG1= Dureza del gel almacenado por 1 día; PG1=Pegajosidad del gel almacenado por 1 día; ADR= Almidón de digestión rápida; ADL: Almidón de digestión lenta; AR=Almidón resistente.

Resultados y Discusión

85

se correlacionó positivamente (r= 0.97) con la Tfp, indicando que ambas variables reflejan

el orden estructural del almidón. Al incrementar en las muestras la Tp de gelatinización

también incrementaron la ΔH y el intervalo de retrogradación (r= 0.97 y r= 0.93,

respectivamente), por lo tanto arroces que necesiten de mayor temperatura para

gelatinizar requerirán de mayor energía para desorganizar el sistema cristalino que se

formó durante el almacenamiento. La Tp de gelatinización también se correlación de

modo positivo con el AR (r= 0.90) en las muestras crudas, esto sugiere que en un arroz

con un almidón de mayor orden estructural, la enzima hidroliza el almidón a menor

velocidad en comparación con arroces de menor temperatura de gelatinización. Por otro

lado, se obtuvo una correlación negativa entre el porcentaje de retrogradación y el ADR

en arroces crudos (r= -0.76), aunque esta correlación es inusual ya que es entre un

producto que fue gelatinizado y uno cocido, tiene una explicación, el que un arroz

retrograde en mayor proporción significa que está formando un sistema más ordenado y

esto como se mencionó provoca una disminución en la velocidad de hidrólisis del almidón,

lo cual se confirma con la correlación obtenida entre el intervalo de retrogradación y el

AR en el arroz crudo (r= 0.82). Para la Vp y la Vro tuvieron una correlación negativa con

el contenido de proteína (r= -0.84 y r= -0.72, respectivamente) confirmando que éstas

inhiben el hinchamiento y refuerzan la estructura granular, disminuyendo la viscosidad

durante la etapa de rompimiento. Se obtuvo una correlación contraria a lo que se esperaría

entre la Vro y la ΔH de gelatinización (r= 0.80), ya que al haber un mayor orden

estructural en un almidón se esperaría que tuviera una estructura más rígida y por lo tanto

menos susceptible al cizallamiento, como lo han reportado otros autores (Han y Hamaker,

2001). Se confirmó que la Vre y Vf dependen del contenido de amilosa (r= 0.73 y r= 0.76,

Resultados y Discusión

86

respectivamente), ya que esta molécula se reorganiza rápidamente e incrementa la

viscosidad de la pasta. Se puede sustentar que el tiempo de cocción de las variedades

analizadas en este trabajo depende del ancho del grano de arroz (r= 0.95); la dureza del

arroz incrementó conforme lo hizo el grosor (r= 0.88) y la pegajosidad está dada por el

largo del grano (r= 0.93). Para los geles de almidón almacenados por 1 día la dureza y la

pegajosidad está influenciada por la amilosa (r= 0.82 y r= 0.74, respectivamente), pero no

se descarta que para la pegajosidad hayan influido otros factores, ya que el coeficiente de

correlación es menor que para la dureza. El ADR en estado crudo disminuyó al aumentar

el AR crudo (r=-0.93), pero no se encontró alguna correlación con el ADL. Para el caso

del arroz cocido, al incrementar el ADL disminuyó el ADR, y aquí no se observó alguna

relación con el AR.

6.8 Estudios estructurales en el almidón de arroz

6.8.1 Difracción de rayos X

El difractograma de los almidones aislados de las variedades de arroz se presenta

en la Figura 16 y el porcentaje de cristalinidad el Cuadro 13. Todos los almidones de arroz

mostraron un patrón de difracción tipo A, que es característico de los cereales con picos de

mayor intensidad a 2θ= 15°, 16.8°, 17.8° y 22.75°, también se observa la presencia de un

pico a 2θ= 20°, el cual indica la presencia del complejo amilosa-lípidos. Con respecto a la

cristalinidad, esta varió de 32.7 a 36.3%. De acuerdo a Guerra et al. (2010), los almidones

con menor contenido de amilosa tienden a presentar un porcentaje de cristalinidad mayor

ya que poseen más amilopectina, pero también se debe tomar en cuenta el tamaño del

Resultados y Discusión

87

Figura 16. Patrón de difracción de rayos X de los almidones de arroz.

Resultados y Discusión

88

Cuadro 13. Porcentaje de cristalinidad, amilosa aparente y distribución de las fracciones de almidón de arroz desramificado.

Almidón Cristalinidad

(%)

Amilosa

aparente¥,Ø

(%)

Fracciones de almidón desramificado¥,Ø (%)

Fr. I Fr. II Fr. III Fr. III/Fr. II

A06 33.5 20.6 ± 0.4d 21.0 ± 1.0b,c,d 17.6 ± 0.5a 61.4 ± 0.8a,b 3.5

A92 35.8 18.7 ± 0.2e,f 20.6 ± 0.8c,d 18.7 ± 0.3a 60.7 ± 1.0a,b,c 3.2

A98 36.3 19.3 ± 0.3e 22.2 ± 0.4a,b,c 18.2 ± 0.5a 59.6 ± 0.6b,c 3.3

Campechano 33.0 22.4 ± 0.4a,b 22.1 ± 0.5a,b,c 18.8 ± 0.7a 59.1 ± 0.3c 3.2

Champotón 35.2 18.4 ± 0.0f 19.3 ± 0.7d 18.4 ± 0.7a 62.3 ± 0.1a 3.4

Cotaxtla 32.7 22.9 ± 0.0a 23.0 ± 0.3a,b 17.9 ± 1.2a 59.1 ± 0.9b,c 3.3

Culiacán 35.4 21.3 ± 0.1c 22.8 ± 1.0a,b 17.4 ± 0.2a 59.8 ± 1.2b,c 3.4

Filipino 33.1 21.9 ± 0.1b,c 23.0 ±1.0a,b 17.4 ± 0.0a 59.6 ± 1.0b,c 3.4

Huimanguillo 34.6 22.2 ± 0.0a,b 24.0 ± 0.8a 17.1 ± 0.4a 58.9 ± 0.4c 3.4

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes (P<0.05).

Ø Promedio de tres mediciones ± desviación estándar.

Resultados y Discusión

89

cristal, la cantidad de regiones cristalinas, la longitud de las cadenas de la amilopectina, la

orientación de las dobles hélices y el grado de interacción entre dobles hélices.

6.8.2 Amilosa y estructura fina del almidón

El contenido de amilosa aparente, determinado por afinidad al yodo, se encontró en

el intervalo de 18.4 a 22.9% (Cuadro 13). Las diferencias entre los porcentajes de amilosa

aparente reportados para las harinas en comparación con los almidones podrían deberse a

las diferencias entre los métodos usados. En el caso de las harinas, la amilosa se determinó

en base a la absorbancia del complejo amilosa-yodo, utilizando un estándar de amilosa de

papa y amilopectina de arroz. De acuerdo a Fitzgerald et al. (2009) la capacidad de la

amilosa de papa para enlazar yodo provoca que se sobreestime el valor de amilosa

aparente, probablemente esto influyó para que los valores de amilosa de las harinas hayan

sido mayores a los obtenidos en el almidón. Además, en el almidón el contenido de amilosa

aparente se determinó mediante una titulación amperométrica, donde la muestra fue

tratada para eliminar los lípidos presentes y no requiere de una curva de calibración donde

se usen los componentes del almidón de otras fuentes botánicas.

El cromatograma correspondiente a los almidones desramificados con isoamilasa,

obtenido por CLARET-IR se presenta en la Figura 17 y la distribución de las fracciones

que lo conforman se muestra en el Cuadro 13. La Fr. I contiene principalmente amilosa, la

Fr. II contiene a las cadenas largas B de la amilopectina y la Fr. III consiste de las cadenas

cortas A y B de la amilopectina. Cameron y Wang (2005) sugirieron que la amilosa

determinada por CLARET-IR puede ser más representativa del contenido verdadero de

Resultados y Discusión

90

Figura 17. Cromatogramas normalizados de los almidones de arroz desramificados con

isoamilasa.

Resultados y Discusión

91

amilosa en el almidón, en comparación con otros métodos. Los valores del porcentaje de

amilosa obtenidos mediante el método de titulación amperométrica y el cromatográfico

fueron similares, con excepción de los almidones A92 y A98.

No se encontraron diferencias estadísticas significativas (α= 0.05) para la Fr. II,

pero si para la Fr. III. La Fr. II fue menor que la Fr. III indicando que en los almidones

hay una mayor proporción de cadenas cortas e intermedias en comparación con las largas,

pero en cuanto a grupos de almidones no se observó ninguna tendencia. El cociente de la

relación Fr. III/Fr. II se puede usar como un índice del grado de ramificación de la

amilopectina, a mayor valor del cociente más ramificada será la amilopectina (Biliaderis et

al., 1981). Los cocientes de Fr. III/Fr. II variaron de 3.2 (A92 y Campechano) a 3.5 (A06),

pero en general estas muestras tuvieron un grado de ramificación similar, no obstante

estas variaciones son un indicio de las posibles diferencias estructurales en la amilopectina

de los arroces estudiados en este trabajo.

La distribución de la longitud de cadena de los almidones de arroz desramificados

se muestran en el Cuadro 14. Las cadenas que constituyen a la amilopectina se agruparon

de acuerdo a Hanashiro et al. (1996) en cuatro tipos: las cadenas A, B1, B2 y B3+, que

corresponden a GP 6-12, 13-24, 25-36 y ≥37, respectivamente. En general, las muestras

presentaron una mayor proporción de cadenas con GP 6-12 y 13-24, lo cual concuerda con

los resultados de otros autores para almidón de arroz normal (Wang et al., 2010; Chung et

al., 2011). Es evidente que los almidones aislados de las variedades A06, Campechano,

Cotaxtla y Filipino, que conforman el grupo A, tuvieron una longitud de cadena promedio

mayor y mayor proporción de cadenas A con GP 6-12 en comparación con los del grupo B

Resultados y Discusión

92

Cuadro 14. Distribución de la longitud de cadena de la amilopectina de diferentes almidones de arroz

desramificados¥, Ø.

Almidón

Longitud de cadena

promedio

(GP)§

Distribución de la longitud de las cadenas de la amilopectina (%)

A (GP 6-12) B1 (GP 13-24) B2 (GP 25-36) B3+(GP ≥ 37)

A06 19.1 ± 0.1b 29.5 ± 0.4a 48.9 ± 0.2d 12.8 ± 0.2a,b 8.8 ± 0.3a

A92 19.6 ± 0.1a 25.2 ± 0.3b 53.1 ± 0.2b,c 12.5 ± 0.1b 9.2 ± 0.3a

A98 19.6 ± 0.1a 25.3 ± 0.2b 52.9 ± 0.3c 12.5 ± 0.2b 9.3 ± 0.3a

Campechano 19.2 ± 0.1b 29.3 ± 0.4a 49.1 ± 0.2d 12.8 ± 0.1a,b 8.8 ± 0.2a

Champotón 19.7 ± 0.2a 24.5 ± 0.4b 53.5 ± 0.2a,b 12.8 ± 0.3a,b 9.2 ± 0.4a

Cotaxtla 19.2 ± 0.2b 28.8 ± 0.6a 49.3 ± 0.0d 13.1 ± 0.3a 8.8 ± 0.3a

Culiacán 19.6 ± 0.1a 24.6 ± 0.2b 53.8 ± 0.2a 12.6 ± 0.2a,b 9.0 ± 0.2a

Filipino 19.1 ± 0.2b 29.6 ± 0.4a 49.1 ± 0.1d 12.6 ± 0.2a,b 8.7 ± 0.3a

Huimanguillo 19.6 ± 0.2a 24.6 ± 0.5b 53.7 ± 0.2a 12.7 ± 0.3a,b 9.0 ± 0.4a

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes (P<0.05).

Ø Promedio de cuatro mediciones ± desviación estándar.

§ Grado de polimerización.

Resultados y Discusión

93

(A92, A98, Champotón, Culiacán y Huimanguillo), que tuvieron una mayor proporción de

cadenas largas B1 con GP 13-24. Los resultados anteriores concuerdan con los valores del

porcentaje de cristalinidad (Cuadro 13), corroborando que la estructura de la amilopectina

determina las características cristalinas de los almidones nativos. La distribución de las

cadenas con GP 26-36 mostró diferencias estadísticas (α= 0.05), pero esto no se observó

para las cadenas con GP ≥37.

Nakamura et al. (2002) estudiaron las amilopectinas de 129 variedades de arroz

cultivadas en Asia. Los autores clasificaron la amilopectina en tipo L o tipo S, en base al

valor del cociente obtenido de dividir el porcentaje de cadenas con GP ≤10 entre el

porcentaje de cadenas con GP ≤24. La amilopectina de tipo L, presentaba una estructura

cuyas ramificaciones estaban constituidas en su mayoría por cadenas largas, por su parte la

del tipo S, estaba conformada por una mayor proporción de cadenas cortas. La

amilopectina tipo S es típica de un arroz japónica y tiene una temperatura de

gelatinización baja (<65 °C); la del tipo L es típica de un arroz indica y su temperatura de

gelatinización varía de intermedia a alta (>65 °C). Estos autores también encontraron que

las cadenas más largas B2 y B3, se encontraban en la misma proporción en las

amilopectinas de todos los arroces estudiados, esta tendencia también se observó para los

almidones analizados en esta investigación. Por lo tanto, en este estudio, la amilopectina

del grupo A puede clasificarse dentro del tipo S y la del grupo B como tipo L.

Las diferencias entre las proporciones de cadenas A y B1 en los grupos de

almidones son dependientes de la biosíntesis de su almidón. De acuerdo con Nakamura et

al. (2002), durante la síntesis de amilopectina en el arroz, la isoforma BEIIb de la enzima

Resultados y Discusión

94

ramificante (del inglés “branching enzyme”, BE) une cadenas cortas a las cadenas B1,

después la enzima almidón sintasa (del inglés “soluble starch synthase”, SS) en su isoforma

SSIIa se encarga de elongar las cadenas. Por lo tanto, la longitud de las cadenas A y B1

están en función del balance en la actividad de la BE y SS. Posteriormente, Nakamura et al.

(2005) propusieron que la amilopectina del tipo S se produce cuando la actividad de la

enzima SS es inferior a la actividad de la BE, dado por un cambio en el gen SSIIa, el cual

codifica una enzima con 4 aminoácidos diferentes, que en consecuencia disminuyen la

actividad de la enzima SSIIa.

6.9 Características térmicas de gelatinización y retrogradación del almidón aislado

Las propiedades de gelatinización de los almidones de arroz se muestran en el

Cuadro 15. Las temperaturas de transición (Ti, Tp y Tf) fueron ligeramente menores en

comparación con las obtenidas para la harina de arroz, pero la entalpía fue mayor para los

almidones. La disminución en las temperaturas de transición en los almidones fue causada

por la eliminación de las proteínas, lípidos y polisacáridos no amiláceos. El aumento de

entalpía también se debió a la remoción de los compuestos minoritarios, ya que en el

almidón aislado se tiene una composición más homogénea (Iturriaga et al., 2004).

Todos los parámetros térmicos de gelatinización evaluados en los almidones de

arroz, presentaron diferencias estadísticas significativas (α= 0.05). De acuerdo a estos, los

almidones del grupo B presentan una temperatura de gelatinización alta, en contraste los

del grupo A que son de temperatura de gelatinización baja. La distribución de la longitud

de las cadenas de la amilopectina y la cristalinidad del almidón, son características

Resultados y Discusión

95

Cuadro 15.Temperaturas, entalpía e intervalo de gelatinización de diferentes almidones

de arroz¥,Ø.

Almidón Ti (°C) Tp (°C) Tf (°C) ΔH (J/g) IG

A06 59.7 ± 0.0e 64.2 ± 0.1e 69.6 ± 0.2c,d 11.8 ± 0.1b 9.9

A92 69.9 ± 0.0b 74.3 ± 0.0b 79.1 ± 0.1a 14.1 ± 0.5a 9.2

A98 69.5 ± 0.1b 74.2 ± 0.1b 79.4 ± 0.4a 14.3 ± 0.1a 9.9

Campechano 60.4 ± 0.2d 64.6 ± 0.2e 69.3 ± 0.4d 12.0 ± 0.1b 8.8

Champotón 71.2 ± 0.1a 75.1 ± 0.1a 79.5 ± 0.2a 14.5 ± 0.2a 8.3

Cotaxtla 60.1 ± 0.2d,e 65.2 ± 0.1d 70.2 ± 0.2c 11.5 ± 0.3b 10.1

Culiacán 69.7 ± 0.1b 73.5 ± 0.1c 77.8 ± 0.1b 14.3 ± 0.5a 8.1

Filipino 60.2 ± 0.1d 64.6 ± 0.1e 69.4 ± 0.1d 11.5 ± 0.4b 9.2

Huimanguillo 68.9 ± 0.3c 73.2 ± 0.1c 77.8 ± 0.5b 14.3 ± 0.1a 8.9

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes (P<0.05).

Ø Promedio de tres mediciones ± desviación estándar.

Ti= Temperatura de inicio; Tp= Temperatura de pico; Tf= Temperatura final; ΔH= Entalpía;

IG=Intervalo de gelatinización.

Resultados y Discusión

96

relacionadas con los cambios que ocurren durante la gelatinización (hinchamiento del

gránulo y perdida del orden molecular) (Vandeputte et al., 2003a). Noda et al. (2003)

reportaron que la cantidad de cadenas cortas de amilopectina con GP 6-12, tuvieron una

correlación negativa con Ti y Tp de gelatinización. La presencia de cadenas cortas (GP

<10) puede disminuir la estabilidad de las dobles hélices, y por lo tanto disminuir la

temperatura de gelatinización, como ocurrió en los almidones del grupo A. Además,

cadenas largas forman dobles hélices largas que requieren más temperatura y energía para

disociarse completamente en comparación con cadenas cortas. En este estudio, los

almidones del grupo A tuvieron temperaturas de transición y una ΔH de gelatinización

menores, menor porcentaje de cristalinidad, mayor proporción de cadenas A, menor

proporción de cadenas B1 y una longitud de cadena promedio menor, mientras que los del

grupo B presentaron las mismas características de manera opuesta, esto muestra el

impacto que tiene la estructura de la amilopectina sobre las propiedades térmicas del

arroz.

Cuando las muestras se almacenaron siete días a 4 °C para promover la

retrogradación (Cuadro 16), la Ti de retrogradación disminuyó considerablemente con

respecto a la de Ti de gelatinización (18.9 °C y 27.9 °C de disminución en promedio, para

los almidones del grupo A y B, respectivamente), la Tp, Tf y ΔH también disminuyeron en

diferente grado. La entalpía de retrogradación (ΔHR), se utiliza como un indicativo de la

capacidad de la amilopectina a reorganizarse. Los almidones del grupo A tuvieron

menores ΔH y porcentajes de retrogradación que los del grupo B, estos dos valores

también se relacionan con las cadenas cortas e intermedias de la amilopectina (A y B1) y

Resultados y Discusión

97

Cuadro 16. Temperaturas, entalpía y porcentaje de retrogradación de diferentes

almidones de arroz¥,Ø.

Almidón Ti (°C) Tp (°C) Tf (°C) ΔH (J/g) %R

A06 40.3 ± 0.7d 51.0 ± 0.6e 60.4 ± 0.7c 3.9 ± 0.1d 32.8

A92 43.8 ± 0.0a 54.4 ± 0.0a 63.8 ± 0.0a 8.0 ± 0.1b 56.8

A98 41.9 ± 0.1b,c 53.9 ± 0.0a,b 64.7 ± 0.4a 10.4 ± 0.4a 72.7

Campechano 41.7 ± 0.6b,c 51.2 ± 0.2e 62.0 ± 0.5b 5.4 ± 0.5c,d 44.9

Champotón 39.7 ± 0.4d 52.1 ± 0.3c,d,e 64.2 ± 0.3a 9.4 ± 0.4a,b 64.9

Cotaxtla 43.1 ± 0.3a,b 52.9 ± 0.5b,c 62.3 ± 0.7b 5.6 ± 0.5c 48.8

Culiacán 40.9 ± 0.7c,d 52.4 ± 0.4c,d 64.7 ± 0.5a 9.3 ± 0.8a,b 64.8

Filipino 39.5 ± 0.3d 51.4 ± 0.8d,e 61.8 ± 0.5b,c 4.8 ± 0.2c,d 41.8

Huimanguillo 43.4 ± 0.6a 53.8 ± 0.1a,b 64.5 ± 0.5a 8.5 ± 1.1b 59.4

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes (P<0.05).

Ø Promedio de tres mediciones ± desviación estándar.

Ti= Temperatura de inicio; Tp= Temperatura de pico; Tf= Temperatura final; ΔH= Entalpía; %R=

Porcentaje de retrogradación, (ΔHR/ΔHG) 100.

Resultados y Discusión

98

con la longitud de cadena promedio, pero no se observó alguna tendencia en relación al

contenido de amilosa (Cuadro 13).

6.10 Características de formación de pasta del almidón aislado

Los parámetros de formación de pastas de los almidones se muestran en el Cuadro

17 y los perfiles de viscosidad en la Figura 18. En general, las propiedades de formación de

pastas fueron menores en los almidones en comparación con las harinas (Cuadro 8),

además las variedades que presentaron los parámetros de formación de pastas más altos en

harina, también lo fueron en los almidones. La Tfp de todos los almidones fue mayor que

las Ti y Tp de gelatinización, además los almidones del grupo A tuvieron una Tfp menor

que los del grupo B, lo cual es igual a lo encontrado cuando se evaluaron las propiedades

térmicas, pero en cuanto a los parámetros de viscosidad no se observó alguna tendencia

por grupos. El valor de Vp fue mayor para el almidón Cotaxtla y menor para A06. El

incremento de la viscosidad para alcanzar la Vp se debe al hinchamiento de los gránulos,

siendo que la amilopectina contribuye al hinchamiento, mientras que la amilosa lo inhibe

(Jane et al., 1999). Sin embargo, este comportamiento no se siguió completamente ya que

algunos almidones (Campechano, Cotaxtla, Culiacán y Filipino) tuvieron una Vp mayor y

al mismo tiempo más amilosa que el resto de los almidones estudiados (el mismo

comportamiento se observó para la harina de arroz).

Anteriormente, se tenía la idea generalizada de que las propiedades de formación

de pastas del almidón era dependientes del contenido de amilosa, a mayor contenido de

esta menor era la Vp y mayor la Vre (Ramesh et al., 2000). Sin embargo, en el presente

Resultados y Discusión

99

Cuadro 17. Propiedades de formación de pastas¥,Ø y textura de diferentes almidones de arroz¥,§.

Almidón Tfp (°C) Viscosidad (cP) Gel de almidón (gf)

Vp Vro Vre Vf CG Dureza Pegajosidad

A06 67.8 ± 0.0e 2426 ± 9f 756 ± 33d 2189 ± 24b 3859 ± 21f 2189 ± 24b 7.7 ± 0.3c,d 4.3 ± 0.3c

A92 75.8 ± 0.2a 2806 ± 24e 1270 ± 37b 1689 ± 57d 3224 ± 14g,h 1689 ± 57d 6.6 ± 0.3d,e 3.6 ± 0.3c,d

A98 75.0 ± 0.2b 3068 ± 4c 1552 ± 1a 1588 ± 5d 3104 ± 1h 1587 ± 5d 5.1 ± 0.4f 3.2 ± 0.5d

Campechano 67.5 ± 0.3e 3456 ± 5a 1260 ± 43b 2762 ± 40a 4957 ± 7b 2762 ± 40a 10.0 ± 0.4a,b 5.0 ± 0.5a,b

Champotón 75.4 ± 0.3a,b 2919 ± 16d 1543 ± 51a 1887 ± 72c 3263 ± 36g 1887 ± 72c 5.8 ± 0.6e,f 3.9 ± 0.3c,d

Cotaxtla 68.6 ± 0.2d 3519 ± 29a 865 ± 48c 1901 ± 36c 4554 ± 41c 1901 ± 36c 9.1 ± 0.8b,c 4.3 ± 0.2b,c

Culiacán 74.8 ± 0.0b,c 3362 ± 60b 1237 ± 28b 2193 ± 46b 4319 ± 102d 2193 ± 46b 7.1 ± 1.1d,e 3.9 ± 0.4c,d

Filipino 67.5 ± 0.2e 3357 ± 22b 892 ± 7c 2743 ± 27a 5208 ± 21a 2743 ± 27a 9.6 ± 1.1b 5.5 ± 0.5a

Huimanguillo 74.4 ± 0.0c 3089 ± 5c 1314 ± 7b 2258 ± 68b 4038 ± 65e 2263 ± 68b 11.1 ± 0.6a 5.3 ± 0.2a

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes (P<0.05).

Ø Promedio de tres mediciones ± desviación estándar.

§ Promedio de cinco mediciones ± desviación estándar.

Tfp= Temperatura de formación de la pasta; Vp= Viscosidad pico; Vro= Viscosidad de rompimiento; Vre= Viscosidad de recuperación; Vf= Viscosidad final, CG=

Consistencia del gel.

Resultados y Discusión

100

Figura 18. Perfiles de formación de pastas de diferentes almidones de arroz.

Resultados y Discusión

101

estudio no se observa que la Vp este influenciada por el contenido de amilosa de las

muestras, indicando que hay otros factores que afectan esta propiedad. Patindol et al.

(2007) analizaron las harinas y almidones de 4 variedades de arroz con alto contenido de

amilosa (de 27 a 30%), y encontraron que las propiedades de formación de pastas eran muy

similares tanto en harina como en almidón, lo cual es comparable con los resultados

obtenidos en este trabajo. También, observaron para dos de los cuatro almidones

estudiados, que conforme la amilosa incrementa en masa molar y radio de giro, la Vp es

menor; de manera inversa, al aumentar la masa molar de la amilopectina la Vp era más alta

para los cuatro almidones que estudiaron. En base a lo anterior postularon que la Vp está

determinada por la masa molar y el radio de giro de la amilosa y la amilopectina, por lo

tanto las diferencias en la Vp de los almidones de arroz analizados en este estudio se deban

a las diferencias estructurales de los componentes del almidón.

La Vro es causada por la desintegración granular debida al cizallamiento. De

acuerdo a Vandeputte et al. (2003b) la amilosa total (amilosa libre más amilosa

acomplejada con lípidos) provoca una disminución en la Vro. En el presente trabajo, esto

solo se aprecia para la variedad Cotaxtla (Vro= 865 cP y %amilosa aparente= 22.9),

indicando que la amilosa para el almidón de arroz de las variedades utilizadas no fue el

factor que determinó su Vro.

Han y Hamaker (2001) estudiaron 10 almidones de arroz con contenido de amilosa

similar y encontraron que la Vro se correlacionó negativamente con las cadenas de la

amilopectina con un GP ≈100, y positivamente con las cadenas cortas con GP ≤17, por lo

que ellos especularon que las cadenas largas pueden ayudar a mantener la estructura del

gránulo gelatinizado. Además mencionan que si una molécula de amilopectina tiene más

Resultados y Discusión

102

cadenas largas que atraviesan más de un racimo, es de suponer que esas estructuras

extendidas tengan menos tendencia a desorganizarse durante la gelatinización, porque

están entrelazadas con otras moléculas de amilopectina. Por lo anterior, se esperaría que

los almidones con mayor proporción de cadenas cortas tuvieran una Vro mayor, pero si se

observan los Cuadros 14 y 17, los almidones A06, Cotaxtla y Filipino, que presentaron

una mayor proporción de cadenas A (29.5, 28.8 y 29.6%, respectivamente) también

tuvieron las menores Vro, contrario a los resultados obtenidos por Han y Hamaker (2001).

Vandeputte et al. (2003b) también analizaron la relación entre la distribución de cadenas

de la amilopectina y la formación de pastas, las cadenas con GP 6-9 y 12-22 disminuyeron

e incrementaron la Tfp pero no se correlacionaron con ningún parámetro de viscosidad.

Las diferencias en los resultados entre las investigaciones mencionadas y los aquí

obtenidos indican que probablemente como en el caso de la Vp, nuevamente sean las masas

molares y radios de giro de los componentes del almidón, los que pudieran explicar la

disparidad de resultados.

Los almidones de las variedades Campechano y Filipino presentaron los valores de

Vre (viscosidad de recuperación) más altos en comparación con el resto de las muestras,

valor que de acuerdo a Iturriaga et al. (2006) está influenciado por la cantidad de amilosa

que fue lixiviada durante la gelatinización y que tiende a reasociarse durante el

enfriamiento. Lo anterior se vio reflejado en la Vf (viscosidad final), ya que este valor

mostró una tendencia a incrementar conforme lo hace la amilosa (Cuadro 13). La CG

(consistencia del gel) sirve para evaluar la tendencia de un almidón de arroz a endurecer

cuando es enfriado; los almidones Filipino y Campechano tendieron a formar una

estructura más rígida que el resto de los almidones.

Resultados y Discusión

103

En el Cuadro 17 se muestran los resultados de la dureza y pegajosidad de los geles

de almidón obtenidos del análisis de ARV y almacenados por 1 día. Huimanguillo,

Campechano y Filipino que son los almidones con más amilosa (Cuadro 13) formaron los

geles más duros y este resultado es similar al obtenido en la CG, salvo por la variedad

Huimanguillo. Vandeputte et al. (2003c) encontraron que la dureza de un gel de almidón

recién preparado, incrementaba conforme lo hacia el contenido de amilosa, por su parte

Singh y Singh (2003) reportaron que almidones de arroz con mayor contenido de amilosa

tenían un G’ (módulo de almacenamiento) mayor durante el enfriamiento y formaban geles

más rígidos en comparación con los de menor contenido de amilosa. Wang et al. (2010) no

encontraron la misma tendencia, pero observaron que la G’ durante el enfriamiento se

correlacionaba positivamente con el porcentaje de cadenas cortas y de manera contraria

con el porcentaje de cadenas con GP 18-23, a lo cual ellos sugieren que las cadenas cortas

de la amilopectina no son flexibles y contribuyen a formar una estructura rígida al

interactuar con la matriz de amilosa que recristaliza, conforme el sistema se enfría. En

base a lo anterior, los resultados de CG y dureza de los almidones usados en este trabajo

probablemente estuvieron influenciados por la amilosa y por las cadenas A de la

amilopectina, siendo más notorio en los almidones Campechano y Filipino.

En el Cuadro 17 también se aprecia que los almidones que formaron un gel más

duro, también fueron los más pegajosos (Campechano, Filipino y Huimanguillo).

Normalmente, la característica de que un almidón sea pegajoso se le atribuye a la

amilopectina. Ayabe et al. (2009) encontraron que este factor incrementa conforme lo

hacen la cantidad de sólidos disueltos y la amilopectina que pueda salir del gránulo

(cadenas cortas) durante la gelatinización. Esta teoría concuerda en parte para los

Resultados y Discusión

104

almidones del grupo A (aunque la variedad Huimanguillo también fue más pegajosa), ya

que estos presentan un mayor porcentaje de cadenas cortas, pero en este estudio no se

evaluó la cantidad de amilosa o amilopectina que lixiviaron durante la gelatinización.

6.11 Capacidad de hinchamiento y porcentaje de sólidos solubles

La capacidad de hinchamiento (CH) incrementó conforme lo hizo la temperatura

(Cuadro 18); a 60 °C los almidones del grupo A tuvieron una CH mayor que los almidones

del grupo B, la misma tendencia se observó para la Ti de gelatinización y Tfp. La

disociación térmica de las dobles hélices de la amilopectina, facilita que se hinchen los

gránulos de almidón; para los almidones del grupo B, el hinchamiento fue más lento y

requirió de mayor temperatura. Según lo reportado por Debet y Gidley (2006), los

almidones que comienzan a hincharse a mayores temperaturas, desarrollan una Vp menor

en comparación con aquellos que se hinchan rápido y a menor temperatura, esto se

cumplió para siete de los nueve almidones, las excepciones fueron A06 y Huimanguillo.

Entre los 80 y 90 °C se produjo un aumento pronunciado en la CH de todas las muestras,

y a 90 °C, las diferencias en la CH no fueron tan evidentes como a los 60 °C. De acuerdo a

Wang et al. (2002) una mayor CH, indica que la fuerza de enlace entre las moléculas de

almidón es débil. Lo anterior indica que a 60 °C, posiblemente la fuerza intermolecular de

los enlaces en los almidones del grupo A es menor en comparación con los del grupo B.

A 90 °C, contrario a lo que se esperaría, los almidones con la menor CH fueron

Cotaxtla, Filipino y Campechano (16.07, 16.60 y 17.42%, respectivamente) esto podría

Resultados y Discusión

105

Cuadro 18. Capacidad de hinchamiento y porcentaje de sólidos solubles del almidón de arroz a diferentes temperaturas¥,Ø.

Almidón Capacidad de hinchamiento

(g de agua/g de materia seca) Sólidos solubles (%)

Temperatura (°C)

60 70 80 90 60 70 80 90

A06 6.5 ± 0.2a 7.8 ± 0.1c 10.2 ± 0.1f 18.2 ± 0.5c,d 0.3 ± 0.0a 2.7 ± 0.5a,b,c 4.5 ± 0.1b,c 11.5 ± 0.6a

A92 2.7 ± 0.0b 9.9 ± 0.1b 11.0 ± 0.3d,e 19.7 ± 0.4a,b 0.3 ±0.0a 3.8 ± 0.4a 5.8 ± 0.0a,b,c 8.9 ± 0.4c,d

A98 2.7 ± 0.2b 10.9 ± 0.2a 12.2 ± 0.1a,b 20.5 ± 0.5a 0.3 ± 0.0a 3.2 ± 0.7a,b,c 5.9 ± 0.8a,b 10.9 ± 0.5a,b

Campechano 7.0 ± 0.6a 10.0 ± 0.5a,b 12.3 ± 0.1a,b 17.4 ± 0.1d,e 0.3 ± 0.0a 3.0 ± 0.8a,b,c 4.2 ± 0.0b,c 7.5 ± 0.0e,f

Champotón 2.5 ± 0.1b 9.4 ± 0.5b 11.8 ± 0.2b,c 19.7 ± 0.3a,b 0.3 ± 0.0a 2.5 ± 0.0a,b,c 5.0 ± 0.3b,c 10.1 ± 0.4b,c

Cotaxtla 6.3 ± 0.5a 8.3 ± 0.2c 11.0 ± 0.2d,e 16.1 ± 0.1f 0.3 ± 0.0a 2.2 ± 0.4c 5.1 ± 1.0b,c 8.7 ± 0.2d,e,f

Culiacán 2.6 ± 0.2b 9.8 ± 0.6b 11.4 ± 0.0c,d 18.5 ± 0.4c,d 0.3 ± 0.0a 2.9 ± 0.2a,b,c 5.2 ± 1.1b,c 8.8 ± 0.3c,d,e

Filipino 6.7 ± 0.1a 8.0 ± 0.0c 10.6 ± 0.1e,f 16.6 ± 0.6e,f 0.3 ± 0.0a 2.5 ± 0.0a,b,c 3.9 ± 0.4c 7.4 ± 0.8f

Huimanguillo 2.5 ± 0.0b 10.1 ± 0.1a,b 12.4 ± 0.3a 18.9 ± 0.2b,c 0.3 ± 0.0a 3.8 ± 0.5a,b 7.1 ± 0.8a 10.1 ± 0.4b,c

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes (P<0.05).

Ø Promedio de tres mediciones ± desviación estándar.

Resultados y Discusión

106

deberse a que a esta temperatura tuvieron menor %SS en comparación con el resto de los

almidones y por lo tanto un menor hinchamiento. En base a lo reportado por Wang et al.

(2002), fuerzas de enlaces débiles provocan que al calentar el almidón las moléculas no se

mantengan juntas, permitiendo que haya más moléculas disueltas y aumente el %SS, esto

se aprecia conforme aumenta la temperatura para todas las muestras. Sin embargo, a 90 °C

no se observa que la fuerza intermolecular de los enlaces de los almidones del grupo A sea

menor a los del grupo B, indicando que a 90 °C hay otros factores influencian la CH y el

%SS, como podrían ser los complejos amilosa-lípidos.

6.12 Análisis de las fracciones de almidón de importancia nutricional en el almidón

de arroz

El almidón aislado del arroz es una materia prima utilizada para elaborar

productos de confitería, alimentos infantiles, alimentos para animales, pudines, salsas,

carnes procesadas, entre otras. Dada su importancia en la industria de alimentos, también

se analizó la digestibilidad del almidón de arroz sin gelatinizar y gelatinizado. Los

resultados de este análisis se pueden ver en el Cuadro 19. En el almidón sin gelatinizar el

ADL, ADR y AR variaron de 33.8 a 56.4%, 39.7 a 49.9% y de 0 a 22.5%, respectivamente.

Los almidones del grupo A (A06, Campechano, Cotaxtla y Filipino) presentaron valores

significativamente mayores (α= 0.05) de ADR en comparación con los del grupo B (A92,

A98, Champotón, Culiacán y Huimanguillo). En cuanto al ADL, no hubo diferencias por

grupos, pero si para el AR, ya que los almidones del grupo B tuvieron un porcentaje

mayor (en promedio 19.2%) que los del grupo A (en promedio 1.7%).

Resultados y Discusión

107

Cuadro 19. Fracciones de almidón de importancia nutricional de diferentes almidones de arroz¥,Ø.

Almidón

Fracciones de almidón nutricionalmente importantes (%)

Sin gelatinizar Gelatinizado

ADR ADL AR ADR ADL AR

A06 51.4 ± 1.0b 48.5 ± 1.4a 0.1 ± 0.7d 74.8 ± 1.2b,c,d 4.5 ± 2.1b,c 20.7 ± 1.6a

A92 35.7 ± 0.6c,d 45.2 ± 3.9a,b,c 19.1 ± 3.4a,b 76.4 ± 1.1b,c 6.3 ± 2.4b,c 17.3 ± 1.8b,c

A98 35.6 ± 0.8c,d 41.9 ± 1.5b,c 22.5 ± 1.9a 73.2 ± 2.3c,d 9.0 ± 3.3a,b 17.8 ± 2.0a,b

Campechano 54.5 ± 3.8a,b 42.6 ± 3.9b,c 2.9 ± 1.3c,d 76.5 ± 2.5b,c 9.7 ± 3.6a,b 13.8 ± 2.1c

Champotón 33.8 ± 1.0d 49.9 ± 1.5a 16.3 ± 0.8b 81.1 ± 1.9a 1.4 ± 2.9c 17.5 ± 2.0a,b

Cotaxtla 56.4 ± 1.1a 39.7 ± 1.9c 3.9 ± 2.6c 72.9 ± 3.0d 7.8 ± 5.5a,b 19.3 ± 3.4a,b

Culiacán 37.9 ± 2.6c 42.8 ± 3.9b,c 19.3 ± 1.9a,b 74.8 ± 1.6b,c,d 6.6 ± 3.3b,c 18.6 ± 2.0a,b

Filipino 54.2 ± 2.9a,b 45.8 ± 3.9a,b 0.0 ± 1.1d 76.1 ± 0.7b 5.4 ± 1.6b,c 18.5 ± 1.4a,b

Huimanguillo 35.9 ± 0.6c,d 45.3 ± 0.5a,b 18.8 ± 0.4b 68.6 ± 3.5e 13.3 ± 6.9a 18.1 ± 3.5a,b

¥ Valores en la misma columna que no comparten la misma letra, son estadísticamente diferentes (P < 0.05).

Ø Promedio de tres mediciones ± desviación estándar.

Resultados y Discusión

108

Si se comparan los resultados obtenidos del análisis de digestibilidad del arroz

crudo en comparación con los del almidón sin gelatinizar (Cuadros 11 y 19,

respectivamente), se observa que en almidón los valores del ADR y ADL son mayores,

pero el AR es menor. La pancreatina porcina que se utiliza en el análisis contiene amilasa,

proteasa y lipasa, sin embargo, es la amilasa la que tiene la mayor actividad enzimática,

por esto se puede inferir que cuando se analizó el arroz crudo en forma de harina la

presencia de proteínas, lípidos y polisacáridos no amiláceos, pudieron haber influido en la

velocidad de digestión del almidón, actuando como barrera entre la enzima y el sustrato.

En contraste, el almidón posee una cantidad mínima de lípidos y proteínas, por lo tanto la

enzima hidroliza el sustrato con facilidad.

Zhang et al. (2006a) analizaron la digestibilidad de almidón de maíz, maíz waxy,

trigo y arroz, usando el método de Englyst y sin ser gelatinizados. Los autores

encontraron diferencias dependiendo de la fuente botánica para el ADR y AR, mas no para

el ADL, concluyendo que los almidones de cereales sin gelatinizar, son una buena fuente

de ADL. Los resultados anteriores concuerdan con los encontrados en este trabajo para

los almidones sin gelatinizar ya que el ADL fue el parámetro de menor variación.

Una posible explicación a los resultados encontrados, se basa en la distribución de

la longitud de las cadenas de la amilopectina. De acuerdo con Jane (2007), en la superficie

del gránulo de almidón, las cadenas ramificadas de la amilopectina, son más cortas en

comparación con el resto del gránulo. Si hacia el centro del gránulo se encontraran

cadenas de mayor longitud, estas formarían una estructura más densa; en un inicio las

cadenas cortas, por ser un sustrato menor, serian hidrolizadas a mayor velocidad y en

menos tiempo, pero al toparse con cadenas más largas, estas requerirían de más tiempo

Resultados y Discusión

109

para ser hidrolizadas, esto probablemente sea una razón por la cual los almidones del

grupo A con mayor porcentaje de cadenas con GP de 6-12 tuvo más ADR que los del

grupo B. Chung et al. (2011) reportaron que almidones de arroz con más amilosa, menos

cadenas con GP 6-12 y más cadenas con GP ≥37, contribuyen a un mayor porcentaje de

ADL, pero esta tendencia no se observó en este trabajo.

Cuando los almidones fueron gelatinizados, los valores de la fracción de ADR

fueron mayores y los del ADL menores, el valor de AR fue mayor en cinco muestras (A06,

Campechano, Champotón, Cotaxtla y Filipino), en tres fue menor (A92, A98 y Culiacán) y

en un almidón permaneció igual (Huimanguillo), en comparación con las muestras sin

gelatinizar. Para las tres fracciones no se observó ninguna tendencia entre los grupos de

almidones (A y B). Se esperaría que al gelatinizar el almidón este tuviera más ADR y

menos AR que el arroz cocido, pero al comprar los resultados del almidón gelatinizado

con los del arroz cocido (Cuadro 11), se observa que para el almidón el ADR fue menor, el

ADL no mostró ninguna tendencia y el AR fue mayor. Es importante mencionar que para

analizarlo, el arroz se coció en exceso de agua bajo una relación 1:5 (arroz:agua), mientras

que el almidón se gelatinizó bajo una relación 1:1.25, por lo que el agua pudo haber sido

una limitante para la gelatinización completa del almidón y en consecuencia esto haya

causado las diferencias entre el arroz cocido y el almidón gelatinizado.

Al gelatinizar las muestras, la propiedad de digestión lenta, presente en los

almidones crudos se perdieron dado el incremento en el ADR. De acuerdo a Zhang et al.

(2006b) el proceso de cocción destruye la estructura semicristalina de los gránulos nativos,

por lo tanto, la disminución en el ADL y el aumento del ADR, indica que la estructura

cristalina de los almidones de cereal con un patrón de difracción de tipo A, es crítica para

Resultados y Discusión

110

mantener su propiedad de digestión lenta. El porcentaje de AR encontrado para las

muestras gelatinizadas fue mayor al reportado por otros autores (Zhang et al., 2006b;

Benmoussa et al., 2007). Se esperaría que el AR hubiera disminuido como ocurrió con el

arroz cocido, sin embargo, el valor de esta fracción depende de cuánto almidón se haya

hidrolizado durante los primeros 120 minutos del análisis. En estas muestras se observa

que a los 20 minutos se hidrolizó en promedio un 74.9% ± 3.2, entre los 20 y 100 minutos

restantes solamente se hidrolizó en promedio 7.1% ± 3.2, este último valor es 6.3 veces

menor al obtenido para el ADL en el almidón sin gelatinizar (44.66% ± 3.1). Por lo

anterior, las diferencias en el AR en almidón crudo y cocido, se deben únicamente a la

velocidad de hidrolisis del almidón, ocurrido en el periodo de los 20 a los 120 min, que

corresponde al ADL. Zhang et al. (2008a) encontraron una relación parabólica entre la

estructura de la amilopectina y la propiedad de digestión lenta del almidón de maíz

gelatinizado, en la cual el almidón, ya sea con una mayor proporción de cadenas cortas

(GP <13) o una mayor cantidad de cadenas largas (GP ≥ 13), tiene más ADL. La α-

amilasa necesita al menos cinco unidades de glucosa para hidrolizar un enlace α-1,4 y la

velocidad a la que la amiloglucosidasa hidroliza un enlace α-1,6, es menor que para un

enlace α-1,4, por lo tanto al haber más cadenas cortas, se habla de una amilopectina más

ramificada y más densa que será hidrolizada más lentamente, sin embargo, esto no se

encontró para las muestras estudiadas en el presente trabajo. Por otro lado, en una

amilopectina con mayor número de cadenas largas, la hidrolisis será más lenta después de

que el almidón haya pasado por un periodo de almacenamiento lo suficientemente amplio

para que las cadenas largas (GP 31-69) recristalicen y se retarde la hidrolisis (Zhang et al.,

2008b). Cabe mencionar que a diferencia de los autores anteriores, el análisis se llevó a

Resultados y Discusión

111

cabo 45-60 min después de haber gelatinizado las muestras, a diferencia de ellos que

almacenaron los almidones a 4 °C por 24 horas, lo que permitió que se amplificaran las

diferencias entre las muestras. Por lo anterior, en este trabajo no se observaron diferencias

en relación a la estructura de la amilopectina y la digestibilidad del almidón de arroz

gelatinizado.

6.13 Análisis de correlación de las variables evaluadas en el almidón de arroz

Los resultados del análisis de correlación que se consideraron de mayor relevancia

se muestran en el Cuadro 20. Se encontró una correlación positiva entre la TiG y la ΔHR

(r= 0.93, P < 0.001); las variables anteriores tuvieron una correlación negativa con las

cadenas A (GP 6-12) (r= -0.98, P < 0.001 y r= -0.91, P < 0.001, respectivamente) y

positiva (bajo los mismos coeficientes) con las cadenas B1 (GP 13-24), esto indica que la

temperatura de gelatinización y de retrogradación dependen de la proporción que se tenga

de cadenas A o B1 de la amilopectina. La Ti de gelatinización y la ΔH de retrogradación

tuvieron una correlación positiva con el porcentaje de cristalinidad (r= 0.93, P < 0.001 y

r= 0.88, P < 0.001, respectivamente); Wang et al. (2010) encontraron una tendencia

similar a la obtenida en este trabajo para diez variedades de arroz Chino. El contenido de

amilosa tuvo una correlación negativa con la Ti de gelatinización (r= -0.65, P < 0.001)

pero el coeficiente de correlación fue menor que el obtenido para las variables anteriores.

Chung et al. (2011) postularon que las regiones cristalinas del almidón, restringen la

hidratación de las regiones amorfas, retrasando el inicio del hinchamiento y en

consecuencia la gelatinización.

Resultados y Discusión

112

Cuadro 20. Matriz de correlación entre algunas de las variables analizadas en el almidón de arroza.

TiG ΔHR Vro Vf CG A B1 B2 B3+ Am %C DG

ΔHR 0.93*** 1

Vro 0.83*** 0.86*** 1

Vf -0.73*** -0.64*** -0.58** 1

CG -0.59** -0.58** -0.39* 0.87*** 1

A -0.98*** -0.91*** -0.78*** 0.68*** 0.57* 1

B1 0.98*** 0.91*** 0.78*** -0.65*** -0.54* -0.98*** 1

B2 -0.43* -0.40* -0.35 0.28 0.16 0.28 -0.45* 1

B3+ 0.52** 0.49** 0.49* -0.56*** -0.49** -0.59** 0.43* 0.29 1

Am -0.65*** -0.52** -0.55* 0.85*** 0.65*** 0.55** -0.52* 0.32 -0.53** 1

%C 0.93*** 0.88*** 0.77** -0.82*** -0.68*** -0.88*** 0.89*** -0.52** 0.58** -0.76*** 1

DG -0.56** -0.53** -0.50** 0.83*** 0.74*** 0.47* -0.45* 0.28 -0.50** 0.87*** -0.74*** 1

PG -0.46* -0.45* -0.27 0.71*** 0.81*** 0.45* -0.42* 0.12 -0.43* 0.59** -0.61*** 0.83***

a Coeficientes de correlación seguidos de *,** y *** son significativos a P < 0.05, 0.01 y 0.001, respectivamente.

TiG= Temperatura de inicio de gelatinización, ΔHR= Entalpía de retrogradación, Vro= Viscosidad de rompimiento, Vf= Viscosidad final, CG= Consistencia

del gel, A= Cadenas A (GP 6-12), B1= Cadenas B1 (GP 13-24), B2= Cadenas B2 (GP 25-36), B3+= Cadenas B3+ (GP ≥ 37), Am= Amilosa, %C= Porcentaje de cristalinidad, DG= Dureza del gel de almidón, PG=Pegajosidad del gel de almidón.

Resultados y Discusión

113

La Vro mostró una correlación positiva con la Ti de gelatinización y las cadenas

B1 (GP 13-24) (r= 0.83, P < 0.001 y r= 0.78, P < 0.001, respectivamente) y negativa con

las cadenas A (GP 6-12) (r= 0.78, P < 0.001), indicando que los gránulos de almidón que

poseen más cadenas B1 fueron más susceptibles al cizallamiento; sin embargo, Benmoussa

et al. (2007) encontraron un comportamiento opuesto y argumentaron las cadenas de

amilopectina con un GP de 13 a 33 contribuyen a que la estructura del gránulo de almidón

sea más fuerte y se fracture menos. La correlación entre la amilosa y la Vro fue negativa

(r= -0.55, P < 0.01), pero da un indicio de que también la amilosa podría tener un efecto

sobre la integridad de los gránulos de almidón, pero esto no ocurrió para todas las

muestras dado el coeficiente de correlación obtenido. Se encontró una correlación positiva

entre la amilosa y las variables Vf, CG y DG (r= 0.85, P < 0.001; r= 0.65, P < 0.001 y r=

0.87, P < 0.001, respectivamente), reflejando que durante el enfriamiento y

almacenamiento la reorganización de la amilosa produce una estructura más rígida. Para

la pegajosidad del gel el mayor coeficiente de correlación se obtuvo con la dureza del gel

(r= 0.83, P < 0.001), indicando que geles duros son a la vez pegajosos; si un gránulo de

almidón es frágil tendera a desintegrarse más durante la cocción y a ser más suave,

húmedo y pegajoso, pero si al mismo tiempo posee más amilosa y esta se solubiliza

durante el calentamiento, al enfriar el almidón resultará una muestra que probablemente

tienda a ser más rígida al exterior, pero al interior conserve su estructura pegajosa. La

correlación entre la Vro y DG fue negativa (r= -0.50, P < 0.01) y la relación entre la PG y

la amilosa es positiva (r= 0.59, P < 0.001), por lo cual la explicación anterior no aplica

para todas las muestras estudiadas, pero si es un indicio de que la matriz de amilosa afecta

la pegajosidad.

Resultados y Discusión

114

Con respecto a las fracciones de almidón nutricionalmente importantes del almidón

sin gelatinizar, la matriz de correlación se muestra en el Cuadro 21. El ADR se

correlacionó negativamente con Ti de gelatinización y las cadenas B1 (GP 6-12) (r= -0.97,

P < 0.001 y r= -0.95, P < 0.001, respectivamente) y negativamente con las cadenas A (GP

6-12), por lo cual almidones de arroz con mayor proporción de cadenas largas tuvieron

menos ADR y viceversa, la misma tendencia fue encontrada por Benmoussa et al. (2007).

La Vro tuvo una correlación negativa con el ADR (r= -0.79, P < 0.001), sugiriendo que un

mayor rompimiento de la estructura granular durante la gelatinización, probablemente

resulte un una muestra más susceptible al ataque enzimático. La Vf, variable que depende

del contenido de amilosa, tuvo una correlación positiva con el ADR (r= 0.78, P < 0.001),

este resultado es lo opuesto al reportado por Chung et al. (2011) donde al incrementar el

contenido de amilosa y la Vf, el ADR disminuyó, esto pudo deberse al porcentaje de

amilosa en las muestras estudiadas por Chung et al. (2011).

Cai y Shi (2010) sugirieron que la longitud de una doble hélice formada por las

cadenas largas de la amilopectina, es fuerte y resistente a la hidrolisis enzimática. Lo

anterior se puede confirmar por la correlación negativa obtenida entre el ADR y el %C (r=

-0.93, P < 0.001). El ADL únicamente mostró una correlación negativa con la Vp (r= -

0.63, P < 0.001) (el dato no se muestra en la tabla). El AR tuvo una correlación positiva

con la TiG, ΔHG y ΔHR (r= 0.95, P < 0.001; r= 0.94, P < 0.001 y r= 0.94, P < 0.001,

respectivamente). De acuerdo a Lu et al. (2011), las propiedades térmicas de los gránulos

de almidón estudiadas usando CBD están basadas principalmente en la cristalinidad de la

amilopectina, y estos resultados muestran la influencia de la amilopectina en la formación

de AR. La correlación entre el AR y las variables Vro y Vf mostraron una tendencia

Resultados y Discusión

115

Cuadro 21. Matriz de correlación entre las fracciones de

almidón nutricionalmente importantes y las variables

térmicas, de viscosidad y estructurales de los almidones de

arroza.

ADR ADL AR

TiG -0.97*** 0.16 0.95***

ΔHG -0.95*** 0.11 0.94***

ΔHR -0.89*** -0.04 0.94***

Vro -0.79*** 0.05 0.81***

Vf 0.78*** -0.27 -0.71***

A 0.95*** -0.12 -0.94***

B1 -0.95*** 0.10 0.96***

B2 0.44* 0.05 -0.48*

B3+ -0.52** 0.14 0.49**

Lcp -0.85*** 0.14 0.84***

%C -0.93*** 0.11 0.93***

a Coeficientes de correlación seguidos de *,** y *** son significativos a

P < 0.05, 0.01 y 0.001, respectivamente. ADR= Almidón de digestión rápida, ADL= Almidón de digestión lenta,

AR=Almidón resistente, TiG= Temperatura de inicio de gelatinización,

ΔHR= Entalpía de gelatinización, ΔHR= Entalpía de retrogradación, Vro= Viscosidad de rompimiento, Vf= Viscosidad final, A= Cadenas A (GP 6-12), B1= Cadenas B1 (GP 13-24), B2= Cadenas B2 (GP 25-36), B3+= Cadenas B3+ (GP ≥ 37), Lcp= Longitud de cadena promedio, %C= Porcentaje de cristalinidad

Resultados y Discusión

116

opuesta a la encontrada con el ADR. Lo mismo ocurrió entre el AR y las cadenas A (GP 6-

12) y B1 (GP 13-24) (r= 0.96, P < 0.001), esto podría deberse a que las cadenas cortas con

un GP <10, no pueden formar dobles hélices estables, y por esa razón son más propensas a

ser hidrolizadas. A diferencia de otras investigaciones (Chung et al., 2011; Zhu et al., 2011)

no se obtuvo una correlación significativa entre el AR y el contenido de amilosa,

probablemente porque el porcentaje de amilosa en las muestras utilizadas fue muy cercano

y no permitió observar diferencias.

Cuando los almidones fueron gelatinizados no se encontró ninguna correlación

significativa entre las variables fisicoquímicas, estructurales y las fracciones de almidón de

importancia nutricional. Sin embargo, se realizó una prueba de correlación entre los

resultados de digestibilidad del arroz crudo y cocido, y la distribución de la longitud de

cadena de la amilopectina. Para el arroz crudo este presentó las mismas correlaciones que

el almidón sin gelatinizar. Para el arroz cocido el ADR tuvo una correlación positiva con

las cadenas A (GP 6-12) (r= -0.45, P < 0.05) y negativa con las cadenas B1 (GP 13-24), y

la longitud de cadena promedio (r= -0.47 P < 0.05 y r= -0.39 P < 0.05, respectivamente).

El ADL se correlacionó negativamente con el ADR (r= -0.88, P < 0.001). Para el AR no

se encontró ninguna correlación significativa. Los correlaciones entre la estructura de la

amilopectina y el arroz cocido existen y son significativas, sin embargo los coeficientes de

correlación fueron bajos, probablemente si las muestras se hubieran almacenado por un

periodo de tiempo más largo, para promover la retrogradación, el análisis estadístico

hubiera arrojado coeficientes de correlación mayores, que permitieran que el modelo de

correlación explicara la interacción entre la estructura de la amilopectina y la

digestibilidad del almidón de arroz cocido.

Conclusiones

117

VII. CONCLUSIONES

Las diferentes variedades de arroz estudiadas fueron de tamaño mediano, la

composición proximal fue similar para todas las muestras a excepción de la variedad

A06 que presentó valores mayores, por último el contenido de amilosa fue de

intermedio a alto.

En base a las diferencias encontradas en sus parámetros térmicos, las diferentes

variedades de arroz y sus respectivos almidones se clasificaron en dos grupos: el A

(A06, Campechano, Cotaxtla y Filipino), con Tp<65 °C y el B (A92, A98, Champotón,

Culiacán y Huimanguillo), con Tp>74 °C, además las variedades de arroz del grupo A

retrogradaron menos que las del grupo B.

En base al análisis estadístico de correlación, la Vp dependió del contenido de amilosa,

la Vro estuvo influenciada por el contenido de proteína y del porcentaje de cadenas A y

B1, por su parte la Vre y la Vf fueron afectadas por el contenido de amilosa.

El tiempo de cocción, y la dureza y pegajosidad del arroz cocido dependieron del

ancho, grueso y largo del grano de arroz, respectivamente.

Los almidones aislados de las variedades de arroz del grupo A, tuvieron mayor

proporción de cadenas A (GP 6-12) y menor proporción de cadenas B1 (GP 13-24) y a

su vez menor longitud de cadena promedio, los almidones de los arroces del grupo B

tuvieron un resultado contrario; el porcentaje de cristalinidad confirmó las diferencias

Conclusiones

118

estructurales donde mayor proporción de cadenas B1 resultó en almidones más

cristalinos.

Debido a sus diferencias estructurales, los arroces que tienen más cadenas B1 (GP 13-

24) gelatinizan a temperaturas mayores y retrogradan en mayor proporción, ya que las

cadenas largas necesitan de más temperatura y energía para ser disociadas, y al ser

almacenadas facilitan su reorganización debido a su longitud.

Las fracciones de almidón de importancia nutricional en el arroz y almidón sin

gelatinizar, presentaron velocidades de hidrolisis distintas causadas por las diferencias

estructurales de la amilopectina. Cuando el mismo análisis se realizó en el grano de

arroz cocido, la digestibilidad del almidón se correlacionó con las cadenas A y B1 de la

amilopectina, pero el coeficiente de correlación fue bajo.

Con el conocimiento generado del estudio de algunas variedades de arroz cultivadas en

México, se sugiere que los arroces de las variedades A06, Cotaxtla, Filipino y

Campechano se utilicen para elaborar productos como comidas congeladas, ya que

estas variedades tendieron a retrogradar menos. Por su parte, las variedades A92, A98,

Champotón, Culiacán y Huimanguillo se pueden utilizar para elaborar cereales para el

desayuno y arroz precocido o sancochado ya que estas variedades retrogradaron más y

probablemente tiendan a generar más almidón de digestión lenta y resistente cuando

se almacenen por largos periodos de tiempo.

Perspectivas

119

VIII. P E R S P E C T I V A S

Las variedades de arroz estudiadas en este trabajo presentaron diferencias

estructurales en cuanto a la distribución de la longitud de cadena de la amilopectina, por lo

que resultaría interesante analizar si también hay diferencias entre la masa molar y el

radio de giro de estos almidones, y si estas características estructurales tienen alguna

influencia sobre la viscosidad del almidón de arroz. Dada la rapidez con la que se lleva a

cabo el análisis de formación de pasta en el equipo RVA, se recomendaría realizar los

análisis de viscosidad en un reómetro para observar de un modo más fino como cambia la

viscosidad dependiendo de la estructura de la amilopectina.

Por otro lado, la digestibilidad del almidón de arroz se evaluó en muestras recién

cocidas o gelatinizadas y no se observó una correlación alta entre las cadenas A y B1 de la

amilopectina, por esta razón, en investigaciones futuras se podría evaluar el efecto del

almacenamiento sobre la digestibilidad del almidón de arroz, tomando en cuenta la

proporción arroz:agua a utilizar y el método de cocción, lo cual generara información

importante respecto a la calidad nutricional del arroz, ya que es un alimento consumido en

muchos hogares mexicanos.

Literatura citada

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Anexo

133

X. A N E X O

Anexo

134

Anexo

135

Anexo

136

Anexo

137

Anexo

138

Anexo

139

Anexo

140

Abreviaturas

141

A B R E V I A T U R A S

°C Grados centígrados

ADL Almidón de digestión lenta

ADR Almidón de digestión rápida

AR Almidón resistente

ARV Analizador rápido de viscosidad

b. h Base húmeda

b.s. (p.s.) Base seca o peso seco

CBD Calorimetría de barrido diferencial

CLARET Cromatografía de líquidos de alta resolución de exclusión por tamaño

CLARIA Cromatografía de líquidos de alta resolución de intercambio aniónico

cP Centipoise

D.F. Distrito Federal

DMSO Dimetilsulfóxido

DOM Grado de pulido

DPA Detector de pulsos amperométricos

FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations

g/mol Gramo/mol

gf Gramo fuerza

GP Grado de polimerización

h hora

ha Hectárea

HCl Ácido clorhídrico

INIFAP Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias

IR Índice de refracción

IRRI International Rice Research Institute

kg Kilogramos

KI Yoduro de potasio

KOH Hidróxido de potasio

Abreviaturas

142

kV Kilovoltios

L Litro

l/a Largo/ancho

LC Longitud de cadena

M Molar

mg Miligramos

min Minuto

mL Mililitros

mm Milimetros

mM Milimolar

mV Milivoltio

N Newtons

N Normal

N/s Newtons/segundo

NaCl Cloruro de sodio

NaN3 Azida de sodio

NaNO3 Nitrato de sodio

NaOH Hidróxido de sodio

nm Nanómetros

p/p Peso/peso

p/v Peso/volumen

pH Potencial de hidrógeno

rpm Revoluciones por minuto

s segundo

SAGARPA Secretaria de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación

SIAP Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera

t Tonelada

Tf Temperatura final

Tfp Temperatura de formación de la pasta

Ti Temperatura de inicio

Abreviaturas

143

Tp Temperatura de pico

v/p Volumen/peso

v/v Volumen/volumen

Vf Viscosidad final

Vp Viscosidad de pico

Vre Viscosidad de recuperación

Vro Viscosidad de rompimiento

ΔH Entalpía

μg Microgramos

μL Microlitros