INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Centro de Desarrollo de Productos Bióticos

Efecto de dos hidrocoloides en las propiedades reológicas y calorimétricas de masas de maíz

(Zea mayz L.) nixtamalizado

TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN

CIENCIAS EN DESARROLLO DE PRODUCTOS BIÓTICOS PRESENTA:

ANDRÉS AGUIRRE CRUZ

DIRECTOR: DR. JAVIER SOLORZA FERIA

Yautepec, Morelos 2004

Este trabajo se realizó en el laboratorio de control de calidad del Departamento de

Desarrollo Tecnológico del Centro de Desarrollo de Productos Bióticos del I.P.N.

El trabajo de investigación fue realizado gracias al apoyo económico otorgado por

los proyectos CONACYT (clave: 35037-B), CGPI (clave: 200473) y del programa

Institucional de Formación de Investigadores (PIFI), bajo la dirección del Dr. Javier

Solorza Feria.

Agradecimientos

Al Dr. Javier Solorza Feria, por haber asesorado y dirigido este trabajo de tesis y por formarme académicamente en el área de investigación. Dr. Luís Arturo Bello Pérez, por su apoyo, asesoría y consejos brindados durante la realización de la investigación para la concreción en esta tesis. Dr. Humberto Hernández Sánchez, por la revisión de este trabajo y valiosos comentarios. Dr. Antonio R. Jiménez Aparicio, por la revisión de este trabajo y sugerencias durante la redacción de la tesis. M. en C. Guadalupe Méndez Montealvo, por su apoyo y conocimientos brindados durante la realización de esta investigación y la redacción final de la tesis. M. en C. Perla Osorio Díaz, por la revisión de este trabajo, sus apreciables comentarios y correcciones en la redacción final del presente escrito.

A los profesores que de forma importante contribuyeron a mi formación académica durante mi estancia en el Centro de Investigación. A mis compañeros de CeProBi por brindarme su apoyo y amistad, a mis compañeros de Desarrollo Tecnológico, y a mis compañeros de generación: Claudia Edith, July, Juan Pablo, Alejandro Laura, Fernando, y Alejandro Mora, por el compañerismo, la amistad y los conocimientos compartidos durante todo este tiempo.

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología CONACYT y al Programa Institucional de Formación de Investigadores PIFI, por la beca otorgada durante mis estudios de maestría.

Dedicatoria

A Dios por permitirme concluir este trabajo Este trabajo esta dedicado con todo mi amor y cariño a mi madre, Bertha Cruz Luna, gracias por su apoyo y cariño brindado durante todos estos años. A mis hermanos, Rodrigo, Daniel y Manuel por su apoyo y cariño durante tanto tiempo. A mi esposa Roselis, por su amor, comprensión y cariño, brindado todo este tiempo

CONTENIDO

Pág. LISTA DE FIGURAS I

LISTA DE CUADROS II

LISTA DE ABREVIATURAS III

RESUMEN VI

ABSTRACT VII

I. Introducción 1

II. Antecedentes 3

2.1 El maíz 3

2.1.1 Características estructurales y composición química del maíz 4

2.1.2 Usos del maíz en México 6

2.1.3 Transformación grano-masa (Proceso de nixtamalización). 7

2.2 Almidón 8

2.2.1 Características estructurales del gránulo de almidón 9

2.3 Cambios del almidón producidos por tratamientos hidrotérmicos 11

2.3.1 Gelatinización 11

2.3.2 Retrogradación 12

2.4 Aditivos para mejorar la calidad de la tortilla 13

2.4.1 Hidrocoloides 15

2.5 Caracterización fisicoquímica de las harinas de maíz nixtamalizado 22

2.51 Calorimetría diferencial de Barrido (CDB) 22

2.6 Reología 25

III. Justificación 37

IV. Objetivos 38

4.1 Objetivo General 38

4.2 Objetivos Específicos 38

V. Materiales y Métodos 39

5.1 Materiales 39

5.1.1 Materia prima 39

5.2 Métodos 40

5.2.1 Análisis proximal 41

5.2.2 Cuantificación de la amilosa 41

5.3 Análisis térmico 42

5.3.1 Gelatinización 42

5.3.2 Retrogradación 42

5.4 Caracterización de las suspensiones de harinas de maíz

nixtamalizado 43

5.4.1 Método Brabender 43

5.4.2 Capacidad de retención de agua (CRA) y solubilidad 43

5.4.3 Método viscosimétrico (curvas de flujo) 45

5.4.4 Método viscoelástico dinámico 45

VI. Análisis estadístico 46

VII. Resultados y Discusión 47

7.1 Análisis químico proximal 47

7.1.1 Cuantificación de la amilosa 48

7.2 Perfil calorimétrico de harinas de maíz nixtamalizado 48

7.2.1 Gelatinización 48

7.2.2 Retrogradación 52

7.3 Determinación amilográfica 56

7.3.1 Capacidad de retención de agua (CRA) 61

7.3.2 Solubilidad 63

7.3.3 Curvas de flujo 65

7.4 Evaluación reológica de la viscoelasticidad 73

VIII. Conclusiones 83

IX. Perspectivas 85

X. Bibliografía 86

LISTA DE FIGURAS

No. Pág. 1. Estructura del grano de maíz 5

2. Estructura de la amilosa y la amilopectina 10

3. Comparación de la estructura molecular de los hidrocoloides,

estructura lineal y ramificada 16

4. Estructura química de la goma xantana 18

5. Estructura química de la carboximetil celulosa 20

6. Comparación del comportamiento de flujo de la goma xantana,

carboximetil celulosa y otros hidrocoloides en solución al 0.5%

(p/p) de sólidos 21

7. Representación esquemática de un sistema de calorimetría

diferencial de barrido 23

8. Distribución de la velocidad de un fluido viscoso entre una

geometría de placas paralelas 29

9. Comportamiento reológico de los materiales en función de la

velocidad de deformación y el esfuerzo de corte 30

10. Ejemplo de barridos de amplitud y frecuencia durante la aplicación

de las pruebas reológicas dinámicas 34

11. Prueba dinámica oscilatoria de baja amplitud 35

12. Diagrama de flujo para la obtención de las harinas de maíz

nixtamalizado 40

13. Perfil de temperaturas empleado en la determinación de la CRA y

solubilidad de las harinas de maíz nixtamalizado con y sin adición

de hidrocoloides, al 10% (p/v) de sólidos totales. 44

14. Termograma típico de gelatinización para harinas de maíz

nixtamalizado con y sin adición de hidrocoloides. 49

15. Termograma típico de retrogradación para harinas de maíz

nixtamalizado con y sin adición de hidrocoloides. 53

16. Perfil amilográfico de las harinas de maíz nixtamalizado y harinas

de maíz nixtamalizado con adición de hidrocolides (xantana y

CMC), a concentraciones de 0.2% y 0.5% (p/p) de sólidos 57

17. Efecto de la temperatura sobre la capacidad de retención de agua

para las harinas de maíz nixtamalizado con y sin adición de

hidrocoloides 62

18. Efecto de la temperatura en la solubilidad de las harinas de maíz

nixtamalizado con y sin adición de hidrocoloides 64

19. Curvas de flujo de las harinas de maíz nixtamalizado al 10% (p/v)

de sólidos totales, con y sin adición de hidrocoloides a 25 ºC. 66

20. Variación de la viscosidad de las muestras de harinas de maíz

nixtamalizado con y sin adición de hidrocoloides al 10% (p/v) de

sólidos totales, en función de la velocidad de deformación,

evaluadas a 25 ºC 67

21. Curvas de flujo de harinas de maíz nixtamalizado a 10% (p/v) de

sólidos totales, con y sin adición de hidrocoloides a 40 ºC 70

22. Variación de la viscosidad en función de la velocidad de

deformación, de las muestras de harinas de maíz nixtamalizado al

10% (p/v) de sólidos totales, con y sin adición de hidrocoloides,

evaluada a 40ºC 71

23. Barrido de amplitud correspondiente a la cinética de calentamiento-

cocción-enfriamiento para una harina de maíz nixtamalizado al

10% (p/v) de sólidos totales, a una frecuencia de 1Hz 74

24. Barrido típico de frecuencia correspondiente a la cinética de

calentamiento-cocción-enfriamiento para una harina de maíz

nixtamalizado al 10% (p/v) de sólidos totales, aplicando un valor de

de deformación de 0.3% en 1ª y 0.5% en la 2ª y 3ª etapas 76

25. Barrido de frecuencia de las de harinas de maíz nixtamalizadas

con y sin adición de hidrocoloides a 25ºC (1ª etapa), durante la

cinética de calentamiento-enfriamiento (0.3% de deformación) 78

26. Barrido de frecuencia de las de harinas de maíz nixtamalizado con

y sin adición de hidrocoloides a 90ºC (2ª etapa), durante la cinética

de calentamiento-enfriamiento (0.3% de deformación) 89

27. Barrido de frecuencia de las de harinas de maíz nixtamalizado con

y sin adición de hidrocoloides a 25ºC (3ª etapa), durante la cinética

de calentamiento-enfriamiento (0.5% de deformación) 81

LISTA DE CUADROS

No. Pág.

1. Calorimetría diferencial de barrido para almidones 24

2. Clasificación de los materiales según los valores de tan δ 36

3. Datos analítico de la goma xantana 39

4. Datos analítico de la carboximetil celulosa 39

5. Análisis proximal de harinas de maíz nixtamalizado 47

6. Temperaturas y entalpías de transición (gelatinización) para

masas de maíz nixtamalizado 50

7. Temperaturas y entalpías de transición (retrogradación) para

masas de maíz nixtamalizado 54

8. Viscosidad (UB) de las harinas de maíz nixtamalizado con y sin

adición de hidrocolides, en las etapas de caracterización de las

suspensiones, evaluada por viscoamilografía 59

9. Parámetros reológicos obtenidos del modelo matemático (Ley de

la potencia), aplicado a las suspensiones de harinas de maíz

nixtamalizado al 10% (p/v) de sólidos totales, con y sin adición

de hidrocolides evaluadas a 25 ºC 68

10. Parámetros reológicos obtenidos del modelo matemático de Ley

de la potencia, aplicado a las suspensiones de harinas de maíz

nixtamalizado al 10% (p/v) de sólidos totales, con y sin adición

de hidrocolides evaluados a 40ºC 72

ABREVIATURAS

CDB = Calorimetría diferencial de barrido

R2 = Coeficiente de determinación

R = Coeficiente de correlación

(p/v) = Peso/volumen

(p/p) = Peso/peso

ºC = Grado centígrado

T0 = Temperatura de inicio (ºC)

TP = Temperatura de pico ó gelatinización (ºC)

Tf = Temperatura final (ºC)

∆H = Entalpía (J/g)

τ = Esfuerzo de corte (Pa)

η = Viscosidad ó coeficiente de viscosidad (Pa. s)

γ = Velocidad de deformación (s-1)

κ = Coeficiente de consistencia (Pa. sn)

n = Índice del comportamiento del flujo

RVL = Región viscoelástica lineal

h = Hora

min = Minuto

s =Segundos

G’ = Módulo de almacenamiento ó elástico (Pa)

G’’ = Modulo de pérdida o viscoso (Pa)

tan δ = Tangente del ángulo de desfasamiento ó factor de pérdida

α = Nivel de significancia

Hz = Hertz

UB = Unidades Brabender

CRA = Capacidad de retención de agua

HNM = Harina de maíz nixtamalizado

HNMH = Harina de maíz nixtamalizado con hidrocoloide

mL = Mililitro

µL = Microlitro

µm = Micrómetro

nm = Nanómetro

gn = Fuerza centrifuga relativa

ppm = Partes por millón

Vmáx = Viscosidad máxima

RESÚMEN La masa de maíz es una mezcla constituida por los polímeros del almidón

(amilosa y amilopectina), con gránulos de almidón parcialmente gelatinizados,

gránulos intactos, partes de endospermo y lípidos. El procesamiento de esta,

tiene repercusiones en sus propiedades térmicas y reológicas, influyendo

directamente en la textura de los productos elaborados a partir ella, por lo cual

se han tratado de buscar nuevas alternativas que puedan ayudar a mejorar la

calidad de los productos elaborados con estas masas. Esto, se puede lograr

mediante el uso de algunos aditivos como lo son los hidrocoloides, los cuales

pueden interaccionar con los componentes del almidón y modificar las

propiedades de la masa.

El objetivo de este trabajo fue caracterizar la masa de maíz nixtamalizado con

diferentes concentraciones de los hidrocoloides carboximetil celulosa (CMC) y

xantana, en relación con sus propiedades químicas, térmicas (temperatura de

gelatinización y retrogradación) a diferentes tiempos de almacenamiento (7 y

14 días), reológicas (viscoamilografía, curvas de flujo y pruebas dinámicas) y

propiedades funcionales (hinchamiento o capacidad de retención de agua y

solubilidad).

Se utilizó una variedad de maíz de uso común en la elaboración de tortillas. Se

nixtamalizó y se molió para obtener masas, las cuales se mezclaron con los

hidrocoloides (CMC y xantana) a dos concentraciones (0.2 y 0.5% p/p).

Posteriormente se liofilizó y se realizaron los análisis correspondientes. Los

resultados mas importantes señalan que la composición química de las harinas

presentaron un contenido de proteínas de 8.6%, lípidos 4.7%, cenizas 1.8% y

humedad 9.7%.

Las propiedades térmicas de las masas con los hidrocoloides, mostraron

temperaturas de transición más altas y entalpías más bajas que el control en un

intervalo entre 80.50-81.57 ºC y 5.39-11.44 J/g, respectivamente. Cuando las

muestras fueron almacenadas, los valores de temperatura encontrados para la

transición después de 7 días estuvieron entre 50.45-55.57 ºC y de entalpías

entre 2.64-5.92 J/g, y para 14 días, la temperatura de transición se observó

entre 54-55.25 ºC y de entalpías entre 1.64-6.9 J/g.

La caracterización viscoamilográfica de las suspensiones de harinas de maíz

nixtamalizado con adición de hidrocoloides (HMNH), mostró que la

concentración y tipo de hidrocoloide provocan cambios significativos en la

viscosidad, ya que para las muestras con 0.2% y 0.5% (p/p) de sólidos, los

valores de viscosidad aumentaron conforme se aumentó la concentración,

independientemente del hidrocoloide añadido. La capacidad de retención de

agua (CRA) y la solubilidad de las HMNH, fueron más altas comparadas con las

del control (HMN).

Las curvas de flujo obtenidas mostraron que las suspensiones (HMN y HMNH),

al 10% (p/v) de sólidos totales evaluadas a 25 ºC, presentaron un

comportamiento típico para un fluido Newtoniano pasando a un fluido

reofluidizante (pseudoplástico), a 40 ºC.

Durante la evaluación de las pruebas dinámicas, todas las muestras de almidón

se comportaron como sistemas viscoelásticos, con G’ (módulo elástico) > G’’

(módulo viscoso), durante las tres etapas de la cinética de calentamiento-

enfriamiento. La adición de hidrocoloides en la HMN provocó cambios en G’.

Se observó asimismo, según la variación en los valores de tan δ (tangente de

delta), el cambio de un sistema vítreo a uno mayormente amorfo,

ABSTRACT

The masa of maize is a mixture constituted by polymers of starch (amylose and

amylopectin) and partially gelatinized starch grains, intact grains, parts of

endosperm and lipids. The processing of maize masa, has repercussions in its

thermal and rheological properties, affecting directly the texture of masa

products. New alternatives to improve the quality of these products have been

suggested. The use of some additives such as the hydrocolloids, which can

interact with starch components and modify the properties of the masa,

might be a good option. The objective of this work was to characterize the masa of nixtamalized maize

with two different concentrations of the hydrocolloids carboximethyl cellulose

(CMC) and xanthan, in relation to its chemical, thermal (gelatinization and

retrogradation temperatures and enthalpies) at different storage times (7 and 14

days), rheological (viscoamylography, dynamic tests and flow curves) and

functional properties (swelling and solubility).

A variety of maize commonly used in tortilla manufacture was chosen. It was

nixtamalized and ground to obtain masas, which were mixed with the

hydrocolloids CMC and xanthan at two concentrations (0.2 and 0.5% w/w).

Then the masas were freeze dried, and the corresponding analyses were

made. The results of the proximal analysis indicated that the masa flours

presented a protein content of 8.6%, 4.7% lipids, 1.8% ashes and 9.7%

moisture.

The thermal properties of the masas with the hydrocolloids, showed higher

transition temperatures and lower enthalpies then the control in interval

between 80.50-81.57 ºC and 5.39-11.44 J/g, respectively. When the samples

were stored, the transition temperature values found after 7 days were between

50.45-55.57 ºC and for enthalpies between 2.64-5.92 J/g, and at 14 storage

days, the transition temperatures observed were between 54-55.25 ºC and for

enthalpies between 1.64-6.9 J/g.

The viscoamylographic characterization of the suspensions of nixtamalized

maize flour with hydrocolloids addition (HMNH), showed that the type and

hydrocolloid concentration caused significant changes in viscosity, i.e., the

viscosity values increased with the concentration, irrespective of the

hydrocolloid added. The swelling or water retention capacity (CRA) and the

solubility of the HMNH, were higher than those of the control (HMN).

The flow curves obtained showed that all maize flour suspensions (HMN and

HMNH), with 10% (w/v) of total solids evaluated at 25ºC, presented the typical

behavior of a Newtonian fluid changing to a shear-thinning (pseudoplastic)

fluid, at 40 ºC.

The dynamic tests showed that all maize flour samples, behaved as weak

viscoelastic systems, with G' (elastic modulus) > G'' (viscous modulus), during

the three stages of the heating-cooling kinetics. The hydrocolloids addition to

the HMN caused changes in G'. According to the variation in the values of tan δ

(tangent of delta), the change from a crystalline system to a mainly amorphous

one was observed.

I. INTRODUCCIÓN La nixtamalización es un proceso muy antiguo desarrollado por los aztecas, el cual

todavía se utiliza principalmente para producir tortillas, este proceso consiste en

cocer el maíz con cal a altas temperaturas, posteriormente se deja reposar de

14-16 h, se lava con agua para retirar el exceso de cal y se lleva al proceso de

molienda para la elaboración de la masa, que se destina también para la

obtención de otros productos como: totopos, tostadas, tamales (Serna-Saldivar y

col., 1988). La masa es una mezcla constituida por gránulos del almidón

parcialmente gelatinizados, gránulos intactos, partes de endospermo y lípidos.

Todos estos componentes forman una malla compleja heterogénea dentro de una

fase acuosa contínua (Gómez y col., 1987). El gránulo de almidón sufre un

proceso de reasociación por efecto de la amilosa y la amilopectina, este se conoce

con el nombre de retrogradación, el cual depende del tiempo y la temperatura de

almacenamiento, modificando constantemente el contenido total de agua. Este

proceso tiene mayor repercusión en las propiedades reológicas y de textura de los

productos elaborados a partir de masa (Pflugfelder y col., 1988).

En este aspecto actualmente se estudian y desarrollan nuevas alternativas para

mejorar y conservar la calidad de los productos durante su almacenamiento. Entre

estas se puede mencionar el uso de algunos aditivos como los glicéridos, los

cuales mantiene la humedad y la estructura de la tortilla, haciéndola más fácil de

doblar y enrollar, pero pueden hacerla más quebradiza dependiendo de la

concentración empleada (Twillman y White, 1988).

Entre los aditivos alimentarios más utilizados destacan los hidrocoloides, los

cuales son heteropolisacáridos con alto peso molecular, utilizados principalmente

para modificar las propiedades reológicas (flujo, deformación, textura, firmeza,

etc.) tanto de alimentos líquidos como sólidos.

1

Los hidrocoloides (xantana, goma guar, arábiga, carboximetil celulosa y

algarrobo), confieren a las masas de maíz y trigo utilizadas tanto para la

elaboración de tortillas como para los productos de la panificación, más firmeza,

suavidad y cohesividad (Gurkin, 2002; Ward y Andon 2003). Estos podrían alterar

las características funcionales y nutricionales de los productos elaborados con

estas masas, debido a las posibles interacciones con los componentes de las

masas.

2

II. ANTECEDENTES 2.1 El maíz El maíz es la planta más domesticada y evolucionada del reino vegetal, su origen

y evolución han sido un misterio, porque ha llegado a nuestros días altamente

evolucionado. El maíz probablemente sea el cereal más antiguo cultivado en el

continente americano. Su probable lugar de origen es México, en donde los

rastros arqueológicos hallados permiten suponer que ya se utilizaba como

alimento en el año 5000 a.C., el maíz se difundió por todo el continente a partir del

descubrimiento de América y posteriormente se difundió por Europa, África y Asia.

Este grano fue una fuente muy importante de alimentación, para las antiguas

civilizaciones del mundo occidental y sigue jugando un papel muy importante en la

dieta alimenticia de muchos países (Serna-Saldívar y col., 1990).

Se tiene reportado por antecedentes históricos, que el progenitor silvestre del maíz

existió hace 8000 años (Paredes-López y Saharópulus-Paredes, 1983; Reyes,

1990). Botánicamente, el maíz (Zea mays L.) pertenece a la familia de las

gramíneas y es una planta anual alta dotada de un amplio sistema radicular

fibroso. Se trata de una especie que se reproduce por polinización cruzada y la flor

femenina (elote, mazorca, choclo o espiga) y la masculina (espiguilla) se hallan en

distintos lugares de la planta.

El grano constituye aproximadamente el 42% del peso seco de la planta, el maíz

es a menudo de color blanco o amarillo, aunque también hay variedades de color

negro, rojo y jaspeado. Hay varios tipos de grano, que se distinguen por las

diferencias de los compuestos químicos depositados o almacenados en él. El

grano está unido al “olote” mediante el pedicelo, cuya estructura esponjosa esta

adaptada para la rápida absorción de agua y a través de conductos internos,

llegan los productos de la fotosíntesis al grano durante su desarrollo

(Watson, 1987).

3

Algunos grupos de plantas o variedades se adaptaron a una amplia área

geográfica o a una región de clima y suelos definidos; este grupo de variedades

similares constituye una raza de maíz. La forma, tamaño, color, estructura y

composición del grano, está determinada por sus antecedentes genéticos y los

hay grandes, pequeños, en forma esférica, aplanada y otras.

2.1.1 Características estructurales y composición química del maíz

Un grano de maíz consiste de tres partes principales (Figura 1): el pericarpio o

cáscara externa cuya proporción (dependiendo de la variedad) es de

aproximadamente el 6% del grano, el germen representa el 11%, y el endospermo

el 83% del grano (Bartolini, 1990). El principal componente del grano es almidón

(71.5%) además de proteínas, grasas (34.5% promedio), cenizas (potasio 0.03%,

fósforo 0.22%, magnesio 0.17%, azufre 0.12%, calcio 0.03%, sodio 0.01% y hierro

0.003%) y azúcares. Biológicamente las fracciones de proteínas de mayor

porcentaje son las albúminas, seguidas de las globulinas (las más abundantes),

escasamente zeína y fibra, de esta última se derivan hidratos de carbono no

amiláceos como celulosa y hemicelulosa (Reyes, 1990).

La composición química del maíz es variable y esta relacionada con: estadío, raza,

variedad, tecnología del cultivo y clima, parte de la planta o grano que se analice,

así como técnicas y métodos de análisis. En general, el maíz tiene un alto valor

nutricio como fuente de energía, por su alto contenido de hidratos de carbono,

aunque no posee las suficientes proteínas, tanto en cantidad como en calidad, por

ser deficiente en dos aminoácidos esenciales, lisina y triptófano; además, es

insuficiente en la vitamina niacina y en minerales (Ortega, 1991).

4

Figura 1. Estructura del grano de maíz (Fuente: FAO, 1993).

5

2.1.2 Usos del maíz en México

El maíz es empleado como materia prima en la industria básica, para la

elaboración de productos que son utilizados como insumos de la industria

secundaria o como productos para consumo final; ej., fábricas de harina

nixtamalizada y de tortillas. En países en desarrollo tales como México, la

utilización de este grano para consumo humano es de aproximadamente un 63%

(INEGI, 1993) y el resto es utilizado para la alimentación animal y diversos usos

industriales y agrícolas.

En México como en otros países, se consume una gran cantidad de maíz, ya sea

como tortilla, tamales, quesadillas, tostadas, totopos (nachos), atoles y otras mil

formas que se usan en las diversas regiones, formando parte esencial de la dieta

(Campus-Baypoli y col., 1999).

Los aztecas cocinaban el maíz con agua y cal a altas temperaturas, formando una

masa para así elaborar lo que hoy son las tortillas (Serna-Saldívar y col., 1990).

Este proceso es mejor conocido como nixtamalización, lo que agrega al maíz una

buena cantidad asimilable de calcio, indispensable para el desarrollo adecuado del

tejido óseo, de los dientes y del tejido muscular.

El consumo diario de tortillas en México es de aproximadamente 12 millones de

Ton por año (INEGI, 1998). Desde luego, para satisfacer una demanda de esta

magnitud, existen máquinas que elaboran tortillas en grandes cantidades. Se ha

señalado que la causa de la desnutrición en México es el maíz; sin embargo, es el

cereal que más nutrimentos aporta por unidad de peso y el último que se deja de

consumir en condiciones de pobreza; además, el proceso de nixtamalización

mejora la calidad de las proteínas presentes en este cereal (Serna-Saldívar y

col., 1988).

6

Estudios recientes reportan que los productos de maíz nixtamalizado, son una

fuente importante de calorías, fibra dietética, niacina y calcio (Bello-Pérez y col.,

2002). A pesar de existir pérdidas de algunos aminoácidos, grasas y minerales, el

maíz nixtamalizado presenta un valor mayor desde el punto de vista nutritivo que

el de maíz crudo. Cien gramos de maíz sin nixtamalizar, proporcionan 159 mg de

calcio, cuando el requerimiento diario recomendado es de cerca de 1000

miligramos; con la nixtamalización esta cantidad aumenta.

2.1.3 Transformación grano-masa (Proceso de nixtamalización). Durante el proceso de nixtamalización, se presentan diferentes cambios

fisicoquímicos y estructurales en los diversos componentes del grano de maíz. El

cocimiento alcalino y el reposo, provocan una disminución parcial de la cutícula y

otras capas del pericarpio (Paredes-López y Saharópulos-Paredes, 1983). El

hinchamiento y el debilitamiento de las paredes celulares y componentes de la

fibra, facilitan la eliminación del pericarpio (Gómez y col., 1989); las células de

aleurona permanecen intactas y quedan unidas en la periferia del endospermo

(Paredes-López y Saharópulos-Paredes, 1982; Gómez y col., 1989). La laminilla

media y las paredes celulares son prácticamente degradadas y solubilizadas, lo

cual es detectado por la pérdida de fluorescencia en las paredes celulares de la

periferia del endospermo (Gómez y col., 1989); gran parte del tejido del germen se

retiene durante el cocimiento del grano, traduciéndose en efectos positivos en la

calidad proteica de los productos de la masa entre otros (Paredes-López y

Saharópulos-Paredes, 1982). La masa obtenida es una mezcla constituida por los

polímeros del almidón (amilosa y amilopectina) mezclados con gránulos de

almidón parcialmente gelatinizados, gránulos intactos, partes de endospermo y

lípidos. Todos estos componentes forman una malla compleja heterogénea dentro

de una fase acuosa contínua (Gómez y col., 1987); además, las reacciones de la

7

amilosa y la amilopectina, que dependen del tiempo y la temperatura, modifican

constantemente el contenido total de agua (Pflugfelder y col., 1988).

Las características de calidad de las tortillas de maíz varían entre las regiones de

México, y mucho más fuera del país, popularmente en Estados Unidos de

Norteamérica (Serna-Saldivar y col., 1988). Generalmente, las tortillas de

preferencia se consumen del día, sin embargo, el incremento en la demanda

requiere el empleo de métodos modernos y nuevas tecnologías para su

procesamiento y distribución.

2.2 Almidón

El almidón, es el principal hidrato de carbono de reserva sintetizado por las plantas

superiores, constituyendo una fuente de energía para muchos organismos,

principalmente el hombre (Luallen, 1988; Buléon y col., 1990), usualmente, se le

encuentra en forma de gránulos. El tamaño de partícula, incluyendo la distribución

de tamaño, es una de las características que más afectan las propiedades

funcionales de los gránulos de almidón, así como su susceptibilidad al ataque

enzimático (Guzmán-Maldonado y Paredes-López, 1995).

En forma general, el almidón presenta una composición química con 0.06-0.45 %

de proteína, 0.05-0.8 % de lípidos y 0.07-1.4 % de cenizas y el resto lo forma el

almidón propiamente dicho (Guilbot y Mercier, 1985). Estos constituyentes en

muchas ocasiones, juegan un papel importante en sus propiedades funcionales. El

almidón esta compuesto de dos homopolímeros de glucosa, los cuales son

distintos estructuralmente: la amilosa y la amilopectina, organizados en agregados

moleculares semicristalinos originando los ya mencionados gránulos (Whistler y

Daniel, 1984).

8

2.2.1 Características estructurales del gránulo de almidón Amilosa La amilosa es una molécula esencialmente lineal y tiene alrededor de 1000

unidades de D-glucosa (Figura 2a) (Inglett, 1970; Whistler y Daniel, 1984). Por su

contenido de amilosa, los almidones se pueden clasificar en diferentes grupos

como son los almidones cerosos que tienen muy poca cantidad de amilosa,

alrededor de 1-2 %, los normales contienen entre 20-30 % de amilosa y los altos

en amilosa que contienen de 50-70 % (Moore y col., 1984). Debido a la presencia

de enlaces α-(1→4), su carácter es esencialmente lineal; sin embargo, se

reconoce que posee en muy baja proporción enlaces α-(1→6), a manera de

ramificaciones, aunque no se ve afectada su respuesta o comportamiento como

molécula lineal. Algunos estudios realizados por Curá y col., (1995) sugieren que

la amilosa no es completamente lineal, presentando por cada 10 o 20 unidades de

glucosa una ramificación. La amilosa es susceptible de formar complejos con yodo

y con moléculas hidrofóbicas como

los ácidos grasos o los hidrocarburos.

Amilopectina La amilopectina es el componente ramificado del almidón, está formada por

cadenas de residuos α-D-glucopiranósidos (entre 17 y 23 unidades) unidos

principalmente por enlaces α-(1→4). También presenta entre un 5-6 % de enlaces

α-(1→6) en los puntos de ramificación (Figura 2b) (MacAllister, 1979).El peso

molecular de la amilopectina varía entre 106 y 108 Daltones, estas variaciones

dependen del origen botánico del almidón, las condiciones del aislamiento de la

amilosa y la amilopectina y al método usado para determinar el peso molecular.

9

a) Amilosa

b) Amilopectina

Figura 2. Estructura de la amilosa y la amilopectina (Fuente: International starch

institute, 1999).

10

Dependiendo de la fuente, la amilopectina es el principal componente en la mayoría de

los almidones (entre un 70-80 %), alcanzando en ciertos casos, niveles de hasta un

98-99 % en los almidones tipo ceroso o "waxy". Debido a esto, la amilopectina, es

quizás el componente que tiene mayor importancia en términos de las propiedades del

almidón. Dado que la estructura y propiedades de la amilopectina contribuyen

notablemente en la composición y funcionalidad del gránulo, esta molécula ha sido

estudiada ampliamente en términos de su tamaño molecular, ramificación y longitud de

las cadenas internas y externas (Zobel, 1988; Thurn y Burchard, 1985).

2.3 Cambios en el almidón producidos por tratamientos hidrotérmicos 2.3.1. Gelatinización Los gránulos de almidón son insolubles en agua fría, pero cuando se mezclan en una

solución acuosa, pueden hincharse ligeramente y volver al tamaño original al secarse.

Sin embargo, cuando se calientan en agua, los gránulos de almidón sufren el proceso

denominado gelatinización, que es la desorganización de las moléculas en los gránulos

de almidón (Lai y Kokini, 1991). Durante la gelatinización se produce la lixiviación de la

amilosa, la gelatinización total se produce normalmente dentro de un amplio intervalo

de temperatura, siendo los gránulos más grandes los que primero gelatinizan. Los

gránulos de almidón están formados por regiones cristalinas y amorfas, la región

cristalina está formada por la amilopectina y la región amorfa esta formada por puntos

ramificados de la amilopectina y por la amilosa (Zobel, 1988). Cuando el gránulo de

almidón absorbe agua, las áreas amorfas se pueden mover más libremente dentro del

gránulo (Hoseney y col., 1986).

11

Los diversos estados de gelatinización pueden ser determinados utilizando un

microscopio de polarización. Estos estados son: a) Inicio de la pérdida de

birrefrigerancia, donde la amilosa se difunde hacia el agua y la amilopectina queda

dentro del gránulo para finalmente perder su orden, la amilosa fuera del gránulo forma

una malla y produce un gel (Lund, 1984; Biliaderis, 1991), b) la temperatura media, c) la

temperatura final de la pérdida de birrefringencia (Tf), es la temperatura a la cual el

último gránulo en el campo de observación pierde su birrefringencia) y d) el intervalo de

temperatura de gelatinización. Al final de este fenómeno, se genera una pasta en donde

las cadenas de amilosa son hidratadas y rodean a los agregados del resto de los

gránulos.

Estudios recientes señalan que la temperatura de gelatinización varía en un intervalo de

5 a 10 °C; lo cual indica que las fracciones del gránulo muestran diferentes

comportamientos de gelatinización. Las temperaturas de gelatinización reportadas para

algunos almidones son: papa 55-66 °C, trigo 52-63 °C, maíz 62-72 °C, arroz 66-77 °C y

yuca 61-71 °C (Guilbot y Mercier, 1985).

2.3.2. Retrogradación

La retrogradación se manifiesta por la formación de precipitados o geles y afecta la

textura, aceptabilidad y digestibilidad de los alimentos que contienen almidón. Esto

ocurre cuando una pasta de almidón gelatiniza y se enfría lentamente, ocasionando con

esto, que las moléculas de amilosa tengan suficiente tiempo para alinearse, de manera

tal, que se forman varios enlaces por puentes de hidrógeno entre cadenas paralelas y

adyacentes (Lineback y Rasper, 1988). Debido a que sus cadenas lineales se orientan

paralelamente e interaccionan entre sí por estos puentes de hidrógeno, a través de sus

grupos hidroxilos, dependiendo de la concentración y de la temperatura del sistema.

12

Durante el proceso de la retrogradación, las fracciones de amilosa o las secciones

lineales de amilopectina que retrogradan, forman zonas con una organización cristalina

muy rígida, que requieren de una alta energía para desorganizar y fundir los cristales.

La retrogradación es un proceso complejo y depende de muchos factores, como el tipo

y concentración de almidón, regímenes de cocimiento, enfriamiento, pH y la presencia

de solutos como lípidos, sales y azúcares. Recientes investigaciones realizadas con la

técnica de calorimetría diferencial de barrido (CDB) y difracción de rayos X, sugieren

que la causa principal de endurecimiento de pan, es causada por la retrogradación del

almidón (Biliaderis, 1991).

Schoch y French (1947) atribuyeron principalmente la firmeza del pan, a los cambios

que suceden dentro del gránulo de almidón. Esto sugiere que la molécula de

amilopectina, es la que más influye en los cambios que se suscitan en los alimentos

que contienen almidón cuando se almacenan.

2.4 Alternativas para mejorar la calidad de la masa y tortillas de maíz

13

Un método para preservar la masa es la producción de harinas de maíz nixtamalizado

(HMN), esta técnica fue desarrollo en México y posteriormente se extendió a otras

partes del mundo, por lo que respecta a la HMN, ha venido desplazando la producción

de masa fresca, ya que elimina las labores intensivas y tediosas del proceso tradicional

de nixtamalización (Paredes-López y col., 2000; Flores-Farias y col., 2002). Inicialmente

la producción industrial de HMN, estaba basada en el método tradicional de

nixtamalización para una producción a gran escala. El proceso incluía básicamente las

etapas de recepción, selección, limpieza, almacenamiento del grano, cocimiento

alcalino, molienda para obtención de la masa, deshidratación, cernido, clasificación y

envasado (Rooney y Suhendro, 1999). Las harinas de maíz con un tamaño de partícula

intermedia o grande, imparten mayor viscosidad y una textura áspera debido a que,

durante el tamizado, el almidón y la proteína quedan juntos con las partículas más

pequeñas (Almeida-Domínguez y col., 1996).

Otro aspecto importante es la capacidad de retención de agua (CRA), el pH, color de

las harinas y tamaño de partícula del almidón. En este sentido, si el tamaño de partícula

del almidón es intermedio o pequeño, se gelatiniza o retrograda más fácilmente,

situación que afecta negativamente las características de la harina rehidratada, al

reducir la cohesividad y la plasticidad de la masa (Paredes-López y col., 2000).

Por otro lado, los diferentes métodos de procesamiento para la elaboración de la masa

y HMN pueden afectar significativamente sus características químicas y propiedades

fisicoquímicas, las cuales están asociadas con la funcionalidad del almidón en

productos como tortillas (Bello-Pérez y col., 2002). El tiempo de cocimiento durante los

procesos de nixtamalización, concentración de cal o bien la naturaleza del grano usado

como materia prima, pueden afectar el grado de gelatinización (Gómez y col., 1991). La pérdida de suavidad y flexibilidad de la tortilla al enfriarse durante el

almacenamiento, se deben en gran medida, a la formación de una estructura rígida

causada por la retrogradación del almidón y asociación con las proteínas, fibra y otros

componentes químicos presentes.

Los cambios estructurales inician tan pronto como la tortilla ha sido elaborada y

comienza a enfriarse. Este proceso tiene la mayor repercusión en las propiedades

reológicas y de textura de los productos elaborados a partir de masa. A pesar de esta

complejidad, se ha avanzado en el entendimiento de los procesos de nixtamalización y

procesamiento de los productos a partir de las masas de maíz. La necesidad de

conservar la textura durante el almacenamiento, es crucial para la calidad de la tortilla

en el mercado (Almeida y Rooney, 1996).

14

Otra alternativa, es el uso de aditivos como los glicéridos (monoglicéridos y diglicéridos)

e hidrocoloides, que pueden usarse para mejorar la calidad de las tortillas, haciéndola

más fácil de doblar y enrollar aun después de su almacenamiento, pero pueden hacerla

más quebradiza dependiendo de la concentración empleada (Twillman y White, 1988,

Ward y Andon, 2002).

Entre los aditivos más utilizados se encuentran los hidrocoloides, como la xantana,

carboximetil celulosa , goma guar, arábiga y algarrobo, los cuales confieren a la masa

utilizada tanto para la elaboración de tortillas como para los productos de la

panificación, mayor firmeza, suavidad y cohesividad, (Gurkin, 2002; Ward y Andon,

2002). La masa requiere un ligero aumento en el contenido de humedad para hacerla

más suave y mejorar el laminado. Los hidrocoloides aumentan la elasticidad de las

tortillas y su capacidad para enrollarse sin romperse; sin embargo, en ocasiones le

pueden impartir a la tortilla una textura ligeramente gomosa.

El potencial de los hidrocoloides para mejorar la textura de la masa y las tortillas de

maíz está en su uso a concentraciones bajas, menores de 1% (p/p). La utilización de

mezclas de hidrocoloides también merece atención, puesto que mejora la calidad de las

tortillas en las características antes mencionadas (Gurkin, 2002).

En menor grado, pero técnicamente posible, pueden adicionarse a la masas tanto de

maíz como para la panificación, agentes nutricionales y agentes enriquecedores que

proporcionan o modifican el sabor a la tortilla de maíz nixtamalizado (Yau y col., 1994).

2.4.1 Hidrocoloides Los hidrocoloides o gomas son un grupo importante de polisacáridos no estructurales,

que generalmente se encuentran de forma natural en diversas plantas o se producen en

ellas como respuesta a un daño externo, existen también hidrocoloides de origen

bacteriano y por modificación química. Se les denomina hidrocoloides por su capacidad

de formar soluciones coloidales, la presencia de ramificaciones les confiere una

naturaleza hidrofílica, siendo capaces de disolverse o dispersarse en agua. En general,

son polímeros de alto peso molecular, constituidos por distintos tipos de

monosacáridos, son capaces de espesar, suspender dispersiones, estabilizar

emulsiones y actuar como agentes gelificantes (Gurkin, 2002).

15

Clasificación, estructura y propiedades de los hidrocoloides La mayoría de los hidrocoloides se obtienen de vegetales, ya sea de polisacáridos de

reserva como los galactomananos o arabinoxilanos de ciertas semillas (goma guar y

algarrobo), polisacáridos de reserva constituyentes de las paredes celulares de las

plantas (pectinas), exudados producidos por distintas plantas para protegerse frente a

distintos daños físicos (goma arábiga, karaya, ghatti y tragacanto), o polisacáridos de

algas (agar, alginatos y carragenatos). Otro grupo importante lo constituyen los

hidrocoloides de origen microbiano, producidas por fermentación bacteriana de

sustratos hidrocarbonados como sacarosa y glucosa como lo es la goma xantana

(Glicksman, 1982). Por ultimo, los hidrocoloides obtenidos de polisacáridos naturales

tras diversas modificaciones químicas, como aquellos derivados de los polisacáridos de

las paredes celulares de plantas, como la carboximetilcelulosa (CMC),

hidroxipropilmetil-celulosa (HPMC), metilcelulosa (MC), celulosa microcristalina o

pectinas de alto y bajo grado de metoxilación, o polisacáridos de reserva como;

almidones modificados y dextranos. La estructura de los hidrocoloides puede ser lineal

o ramificada (Figura 3).

16

Figura 3. Comparación de la estructura molecular de los hidrocoloides, estructura lineal

y ramificada (Fuente: Andrew, 2004).

Para utilizar uno u otro hidrocoloide, se requiere conocer su funcionamiento y si éste

cumple con la necesidad específica que se desea llenar, entonces se selecciona el

hidrocoloide más adecuado y la cantidad que se requiere.

Goma Xantana La goma xantana se produce por Xantomonas campestris. Este polímero contiene D-

glucosa, D-manosa y ácido D-glucurónico (Figura 4). La estructura de este hidrocolide

en suspensión es una molécula rígida y lineal de baja flexibilidad con sus enlaces β-

glicosídicos. Se cree que el peso molecular es de unos 24, 000,000 Daltones

(Nissinovitch, 1997). La rigidez estructural de la molécula del hidrocoloide xantana

produce varias propiedades funcionales inusuales como estabilidad al calor, tolerancia

en soluciones fuertemente ácidas y básicas, viscosidad estable en un intervalo amplio

de temperatura y resistencia a degradación enzimática. La goma xantana existe como

un polvo color blanco-crema, fácilmente soluble en agua caliente o fría, las soluciones

que forman son neutras (Glicksman, 1969).

Efecto de la temperatura en la viscosidad, pH y solubilidad Las soluciones acuosas del hidrocoloide xantana son altamente viscosas en

comparación con otras soluciones de polisacáridos preparadas a la misma

concentración, generalmente exhiben un comportamiento reofluidizante

(pseudoplástico). La temperatura tiene poco efecto en la viscosidad de las soluciones

en un intervalo de 25 a 90 ºC. Por consiguiente, mantienen una viscosidad constante

mostrando características de flujo uniforme durante el almacenamiento, bajo

condiciones ambientales. Además, es estable en presencia de cloruro de potasio y

otras sales. El cloruro de potasio estabiliza al polímero y tiene poco efecto en la

viscosidad. Algunos cambios en viscosidad están influenciados por la concentración del

17

hidrocoloide, por el pH y por la composición de la sal. Además es excelente para

suspender sólidos. La viscosidad de soluciones de goma xantana que contienen

cantidades mínimas de sal, no muestra ningún cambio significante dentro de un amplio

intervalo de valores de pH. (Andrew, 2004).

Figura 4. Estructura química de la goma xantana (Fuente: Andrew, 2004).

Los hidrocoloides generalmente, no son solubles en disolventes orgánicos, la goma

xantana es soluble en glicerol o etilen-glicol a temperaturas mayores a 65 ºC. En

soluciones acuosas, tolera de 50% a 60% de concentración de disolventes miscibles

con agua, como isopropanol o etanol. Concentraciones superiores de alcohol, producen

precipitación. Para mejores resultados, debe disolverse primero completamente en

agua, y después debe agregarse el disolvente lentamente bajo agitación contínua

(Ward y Andon, 2002).

18

Propiedades reológicas La goma xantana en solución, generalmente es muy reofluidizante cuando en solución

es sometida a tratamientos térmicos, característica muy importante en la estabilización

de suspensiones y emulsiones. Cuando un esfuerzo de corte es aplicado, la viscosidad

se reduce en proporción directa a este.

Las operaciones de mezclado, bombeado y transporte de soluciones, se facilitan de

esta manera, requiriéndose gastos mínimos de energía para estos procesos. Cuando el

esfuerzo de corte se detiene, la viscosidad aparente se recupera de inmediato (Gimeno

y col., 2004; Ward y Andon, 2002).

Carboximetil Celulosa (CMC) La Carboximetil celulosa (CMC) se prepara a partir de la celulosa, remojando la

materia prima en una solución de hidróxido de sodio y después en ácido

monocloroacético, con el fin de introducir los grupos éter carboximetilos donde había

grupos hidroxilos, principal constituyente polisacárido de la madera y de todas las

estructuras vegetales.

Posteriormente, la celulosa obtenida es lavada, purificada y secada. En cada grupo

piranosil unido a la cadena, existen tres grupos hidroxilos que son compatibles para la

eterificación de los grupos carboxilos, si los tres grupos reaccionan en estos sitios, el

resultado seria la CMC, la cual tendría un grado de sustitución (GS) de 3. La CMC

más comercialmente utilizada es la que tiene GS de 1.5 o menor. La Figura 5,

muestra un segmento idealizado de la molécula de CMC con un GS de 1

(Andrew, 2004).

19

Figura 5. Estructura química de la carboximetil celulosa (Fuente: Andrew, 2004).

Efecto de la temperatura en la viscosidad, solubilidad y pH La temperatura generalmente no tiene efecto sobre la viscosidad de soluciones de CMC

al igual que la xantana. La viscosidad de la CMC diminuye cuando no esta hidratada, o

expuesta a sustancias iónicas como las sales o ácidos. Es prácticamente transparente

en las soluciones en comparación con otros hidrocoloides. La CMC es soluble en agua

caliente, insoluble en disolventes orgánicos, pero se disuelve en agua, o mezclas de

disolvente-agua tales como etanol o acetona.

Las soluciones acuosas de CMC toleran la adición incluso de partes más elevadas de

acetona o de etanol, los tipos de CMC de baja viscosidad son considerablemente más

tolerantes a los disolventes que los tipos de gran viscosidad. Se ha reportado, que

cuanto más alto es el grado de substitución de grupos carboxilos en la CMC, esta

disuelve más rápidamente (Whitcomb y Macosko, 1978). Las soluciones de CMC no

muestran ningún cambio significativo dentro de un intervalo de pH de 4-10, pero

excediendo este intervalo, forman precipitados o grumos, los cuales afectan la textura y

aceptabilidad de los alimentos que contienen este hidrocoloide.

20

Propiedades reológicas Las soluciones acuosas de CMC son reofluidizantes al igual que la goma xantana,

característica muy importante en la estabilización de suspensiones y emulsiones. La

CMC tiene usos muy diversos, principalmente como agente espesante y gelificante,

pero también como producto de relleno y fibra dietética. La CMC es similar a la

celulosa, pero a diferencia de ella, es muy soluble en agua. Cuando un esfuerzo de

corte es aplicado a sus soluciones acuosas, la viscosidad se reduce en proporción

directa a este (Figura 6).

Figura 6. Comparación del comportamiento de flujo de la goma xantana, carboximetil

celulosa y otros hidrocoloides en solución al 0.5% (p/p) de sólidos (Fuente: Steffe 992).

21

2.5 Caracterización fisicoquímica de las harinas de maíz nixtamalizado

2.5.1 Calorimetría diferencial de Barrido (CDB) La técnica de Calorimetría Diferencial de Barrido (CDB) (Figura 7) es muy utilizada

para el estudio de los fenómenos de gelatinización y retrogradación del almidón (Atwell

y col., 1988). El principio fundamental de esta técnica es detectar los cambios de flujo

de calor asociados con transiciones de primer orden (fusión) y de segundo orden

(transición vítrea) de los polímeros. Estos resultados proporcionan información acerca

del orden-desorden de las moléculas dentro del sistema (Biliaderis y Zawistowski,

1990). Esta técnica se utiliza con gran frecuencia en la industria de alimentos, ya que

proporciona datos termodinámicos y cinéticos acerca de las interacciones moleculares y

los mecanismos de desnaturalización de los principales componentes de los alimentos

(Raemy, 2003).

En particular, la CDB se ha utilizado durante la última década para estudios de

transición de fase en suspensiones de almidón. La CDB proporciona las temperaturas

características así como la entalpía de transición de los polímeros, cuando estos son

sometidos a un proceso de calentamiento (Cuadro 1). Se ha reportado que almidones

de diferentes fuentes, muestran variaciones en los valores obtenidos para las

temperaturas de transición. Esto probablemente se debe a las variaciones en la

velocidad de calentamiento del calorímetro, o bien a la concentración de agua de la

muestra (Donovan, 1979; Biliaderis y col., 1986).

Se ha reportado utilizando la CDB, que la amilopectina es la molécula que mas influye

en los cambios que se suscitan en los alimentos que contienen almidón cuando estos

son almacenados (Biliaderis y Prokopowich, 1994). También se ha sugerido que el

tamaño y longitud de las cadenas, así como el grado de ramificación de esta molécula,

pueden influir en la retrogradación por la formación de mezclas o cristales de diferentes

tamaños (Yuan y col., 1993). 22

Figura 7. Representación esquemática de un sistema de calorimetría diferencial de

barrido (Fuente: TA Instruments, 1998).

23

Cuadro 1. Calorimetría diferencial de barrido para almidones.

Fuente Ti (°C) Tp (°C) Tf (°C) ∆H (j/g)

Arroz normal 62.0 67.4 97.5 11.0

Arroz ceroso 66.1-74.9 70.4-78.8 - 7.7-12.1

Cebada normal 46.7 56.5 73.7 10.5

Cebada cerosa:

Bozu Mochi 8024 53.0 59.6 68.6 15.6

Centeno 51 56.4 62.8 11.4

Maíz normal 64.1 67.7 84.3 14.0

Maíz ceroso 64.2 69.2 74.6 15.2

Mango: Chausa 76.3 80.2 85.7 13.2

Okenia 71.3 - - 11.9

Papa normal 60.8 65.2 70.6 17.3

Papa cerosa 62.5 66.6 70.2 18.2

Camote 57.9 63.1 71.9 13.5

Trigo 55.7 61.4 67.6 13.6

Yam:

Dioscorea alata 69.0 77.0 72.5.8 11.5

Ti, Tp y Tf son las temperaturas de inicio, pico y final; ∆H es la entalpía de

gelatinización. McPherson y col., 1999; Shang-Ho and Jay-Lin, 2002; Verwimp y col.,

2004; Qi y col., 2004; Freitas y col., 2004; Singh y col., 2003a; González-Reyes y

col., 2002.

24

Después de muchos años de discutir el almidón granular en términos de cristales o

estructuras cristalinas, actualmente se habla acerca de las regiones amorfas y su papel

en determinar el comportamiento en la transición de fase de este biopolímero (Slade y

Levine, 1991).

Se ha reportado asimismo, que la transición vítrea es tal vez el parámetro más

importante, por lo que se necesita conocer antes de decidir sobre la aplicación de

muchos polímeros no-cristalinos (sintéticos). Especialmente en los últimos años, se ha

reconocido la importancia práctica de la transición vítrea como un evento fisicoquímico,

que puede gobernar el procesamiento así como las propiedades, calidad, seguridad y

estabilidad de alimentos (Slade y Levine, 1991).

En este aspecto, la gelatinización ha sido descrita como un proceso de no-equilibrio,

además, la fusión de los cristales está cinéticamente restringida por la inmovilidad de

estos a temperaturas debajo de la temperatura de transición vítrea (Tp). También se ha

señalado que la Tp de las regiones cristalinas de los gránulos de almidón, como se

conoce para otros polímeros cristalinos hidrofílicos o compatibles con el agua, es

altamente sensible al contenido de agua, ya que ésta actúa como un agente

plastificante. La plastificación y el efecto que tiene el agua en determinar la temperatura

de transición cristalina, es otro aspecto tecnológico de la ciencia de polímeros sintéticos

(Biliaderis, 1991).

2.6 Reología

Para caracterizar las propiedades reológicas de las dispersiones acuosas de almidón,

así como los cambios asociados durante el proceso de gelatinización y retrogradación,

se ha utilizado a la reología. La reología es la ciencia que estudia la relación entre el

esfuerzo y la deformación a través de relaciones matemáticas constitutivas reológicas

de estado (Muller, 1973). Esta describe las propiedades mecánicas de los materiales

bajo diferentes condiciones de esfuerzo y deformación.

25

Los conceptos básicos de la reología se pueden clasificar en viscosidad ó flujo viscoso,

elasticidad ó deformación elástica y viscoelasticidad (Steffe, 1992). El conocimiento de

las propiedades reológicas de las suspensiones de almidón y geles, no solo

proporcionan información tecnológica, sino también económica y comercial. La

gelatinización y retrogradación son dos fenómenos que afectan la aceptabilidad y

digestibilidad de los alimentos que contienen almidón, por lo que es muy importante

conocer el comportamiento termomecánico de los polisacáridos en forma pura, así

como también en los alimentos que los contengan. Este tipo de estudio ayuda a

entender y predecir la textura, propiedades de flujo durante el procesamiento, así como

también la vida media y atributos de calidad de los productos que contienen almidón

(Steffe, 1992; Macosko, 1994).

Existen varias razones para justificar el estudio del comportamiento reológico de los

materiales. Este contribuye al conocimiento de la estructura, por ejemplo: a) existe

cierta relación entre el tamaño y la forma molecular de las sustancias en disolución y su

viscosidad, así como entre el grado de entrecruzamiento de los polímeros. b) En la

industria de alimentos se efectúan con frecuencia medidas reológicas sobre las

materias primas y los productos de elaboración que son de gran utilidad para el control

de los procesos. c) Ayuda al diseño de maquinas como tolvas, tuberías y bombas,

adecuando a las características de los productos con los que van a ser utilizados.

Existen métodos de medición de textura imitativos (farinográfico y viscoamilográfico) y

métodos reológicos fundamentales (viscosimétricos y viscoelásticos dinámicos)

(Bourne, 2002).

Métodos viscoamilográficos

26

Dentro de los métodos imitativos, se utiliza ampliamente el viscoamilógrafo Brabender,

el cual es usado como prueba de control de calidad en la industria de los almidones,

generando los perfiles de consistencia durante los procesos de calentamiento-cocción-

enfriamiento, evaluando comparativamente y caracterizando la viscosidad de las pastas

de almidón durante el procesamiento.

La evaluación se aplica a un sistema de almidón-agua y en formulaciones que simulen

condiciones de uso particulares, aunque los resultados son difíciles de interpretar como

una función del estado físico del almidón en las pastas.

El equipo registra la viscosidad en unidades arbitrarias denominadas Unidades

Brabender (UB), en función del tiempo y la temperatura. Los datos más importantes del

amilograma son los siguientes:

a) Temperatura a la cual la viscosidad empieza a ser apreciable (inicio de la

gelatinización).

b) La máxima viscosidad alcanzada por la pasta

c) La temperatura en la cual se alcanza la máxima viscosidad

d) La viscosidad de las pastas antes y después del periodo isotérmico a la máxima

temperatura programada

e) La viscosidad de la pasta antes y después del periodo isotérmico de la

temperatura final, programada en el ciclo de enfriamiento

f) La viscosidad de la pasta en la etapa de disociación molecular (viscosidad

máxima - viscosidad en el inicio del periodo de enfriamiento).

g) La viscosidad de la pasta en la etapa de reasociación molecular (viscosidad al

termino del periodo de enfriamiento - viscosidad al inicio del periodo de

enfriamiento) (Robles, 1986).

Una desventaja de este método es que el tratamiento mecánico que sufre el gel de

almidón, no es representativo de los esfuerzos que tienen durante el procesamiento.

Por esta razón, es necesario completar la caracterización a nivel laboratorio con

ensayos piloto o industriales, que reflejen más precisamente las condiciones de

esfuerzo cortante que sufre la muestra. Durante la fase de calentamiento (30 a 95 ºC),

se presenta un aumento en la viscosidad, la cual es registrada como el inicio de la

expansión o hinchamiento de los gránulos.

27

Al continuar calentando, los polímeros de bajo peso molecular, particularmente las

moléculas de amilosa, comienzan a solubilizarse desde el gránulo y se obtiene un valor

máximo de viscosidad, en esta etapa, la mayoría de los gránulos son hinchados

totalmente. Durante la etapa de cocción (95 ºC), se deja estabilizar a esta temperatura

por algunos minutos, se presenta una disociación molecular y continúa la solubilización

de los polímeros, en este punto se presenta una disminución de los valores de

viscosidad. Durante la fase de enfriamiento (95 a 40 ºC), los polímeros de amilosa y

amilopectina solubilizados comienzan a reasociarse y se registra un ligero aumento de

la viscosidad. Este segundo incremento en la viscosidad es referido a la etapa de

gelificación o formación del gel (Thomas y Atwell, 1999).

Viscosimetría

La viscosidad se mide en términos de reología fundamental por la relación τ/γ

(Macosko, 1994). Considerando un modelo en el cual un líquido es contenido entre las

placas paralelas (Figura 8), Donde a = área de las placas (cm2), h = espesor, el cual

separa la placa superior e inferior (cm), F= la fuerza que actúa en la placa superior,

causando el deslizamiento de la misma forma paralela a la placa inferior (dinas),

y V = velocidad con la cual la placa superior se desliza de la placa estacionaria inferior

(cm s-1). Cuando la placa superior se desliza, las capas del líquido formadas entre las

dos placas también se deslizan, y lo hacen a la misma velocidad. La capa superior se

desliza a velocidades altas, mientras que la inferior lo hace a velocidades muy bajas

(con tendencia a cero).

El gradiente de velocidad γ, es llamado velocidad de deformación, y es expresado en

unidades de s-1. En este modelo se asume que la velocidad de deformación, es

uniforme entre la placa superior e inferior. La fuerza por unidad de área de la placa

superior, es llamado esfuerzo de corte (τ), y es expresado en Pa (Steffe, 1992).

28

Figura 8. Distribución de la velocidad de un fluido viscoso entre una geometría de

placas paralelas (Fuente: Steffe, 1992).

Existen diferentes métodos prácticos para determinar la viscosidad; entre ellos se

encuentran los viscosímetros rotacionales coaxiales, los cuales son los más utilizados

en la caracterización de las propiedades reológicas de almidones y pueden tomar varias

formas; éstas son normalmente descritas en términos de sus sistemas de medición. Las

formas típicas más empleadas son las de cilindros concéntricos, de cono y placa y

placas paralelas, el principio es el mismo para todos. Las curvas obtenidas al graficar el

esfuerzo de corte contra la velocidad de deformación, se han descrito con ecuaciones

empíricas tales como la ecuación de la Ley de la potencia:

29

τ =κ γη ………………………….(1)

Donde: τ = Esfuerzo de corte (Pa)

γ = Velocidad de corte (s-1)

κ = Coeficiente de consistencia (Pa.sn)

n = Índice de comportamiento de flujo (adimensional)

La Figura 9, muestra los tipos de comportamiento de flujo, más comunes. En un fluido

Newtoniano el comportamiento de flujo viene descrita por la ecuación: τ = η(γ), lo que

significa que la tensión tangencial es igual a la velocidad de deformación multiplicada

por una constante: el coeficiente de viscosidad. La representación de τ-γ es una línea

recta (Núñez-Santiago y col., 2001).

Velocidad de deformación (s-1)

Newtoniano

Dilatante

Pseudoplástico

Tixotropía

n < 1

n = 1

n > 1

Esfu

erzo

de

corte

(P

a)

Reopexia

n < 1

n = 1

n > 1

Velocidad de deformación (s-1)

Newtoniano

Dilatante

Pseudoplástico

Tixotropía

n < 1

n = 1

n > 1

Esfu

erzo

de

corte

(P

a)

Reopexia

n < 1

n = 1

n > 1

Figura 9. Comportamiento reológico de los materiales en función de la velocidad de

deformación y el esfuerzo de corte (Fuente: Muller, 1973). 30

El comportamiento pseudoplástico o reofluidizante (n < 1), es el fenómeno en el que los

líquidos son menos espesos al incrementarse la velocidad de deformación,

independiente del tiempo. Comportamiento dilatante o reoespesante (n > 1), fenómeno

de espesamiento que se da a altas velocidades de deformación, independiente del

tiempo. Si las representaciones de τ en función de γ son dependientes del tiempo, se

forma un bucle que se denomina histéresis. Este tipo se aplica al fenómeno de

comportamiento elástico aplazado, que en el caso de un adelgazamiento se denomina

tixotropía y en el caso de espesamiento se llama reopexia (Macosko, 1994). Otro de los

conceptos básicos de importancia en la reología es la viscoelasticidad.

Métodos de determinación de viscoelasticidad La mayoría de los materiales tienen la peculiaridad de mostrar un comportamiento

viscoso y elástico a la vez, esto en términos reológicos se conoce como

viscoelasticidad. Los materiales que presentan esta propiedad, se caracterizan por la

presencia de una estructura tridimensional incompleta, que se destruye por la aplicación

de un esfuerzo y sólo se recupera cuando el esfuerzo es parcialmente removido.

Mientras más completa y resistente a la ruptura es la estructura, más pronunciada es su

elasticidad, y mientras más fácil se rompa su estructura, mayor es su comportamiento

viscoso (Borwankar, 1992). Dentro de las propiedades viscoelásticas de estos

materiales medidos en intervalos de esfuerzos y deformaciones de los cuales existen

dos tipos, aquellos considerados como:

a) Viscoelásticos lineales.- En los cuales las propiedades viscoelásticas son una

función del tiempo y no de la magnitud de la deformación ni de la velocidad de

deformación.

b) Viscoelásticos no lineales.- Estos materiales exhiben propiedades mecánicas

que son función del tiempo y de la magnitud del esfuerzo aplicado.

31

La zona de viscoelasticidad lineal es el comportamiento viscoelástico más simple, bajo

un esfuerzo suficientemente pequeño, la estructura molecular prácticamente no se

modifica y se puede determinar el comportamiento viscoelástico lineal. Los métodos

para determinar las funciones viscoelásticas lineales de dichos materiales se

caracterizan por ser de baja deformación o bajo esfuerzo, y se puede dividir en dos

categorías:

a) Métodos estáticos.- Entre los que se pueden mencionar pruebas de relajación

de esfuerzo a deformación constante (stress-relaxation) y la de esfuerzo

constante (creep).

b) Métodos oscilatorios ó dinámicos.- Son los métodos que involucran la

aplicación ya sea de un esfuerzo o una deformación oscilatoria (Steffe, 1992)

De los dos métodos anteriores, los oscilatorios proveen más información de la

elasticidad de la muestra. Mientras que los estáticos se realizan a una carga constante

(esfuerzo de corte ó de deformación), el oscilatorio se puede realizar ya sea variando la

frecuencia o la amplitud bajo un esfuerzo ó deformación controlada (Mezger, 1991).

En las pruebas dinámicas oscilatorias, las muestras se someten a un movimiento que

varía armónicamente con el tiempo (movimiento oscilatorio), utilizando geometrías

especificas. Los métodos viscoelásticos dinámicos, son una buena herramienta para

estudiar los cambios reológicos que sufren los polisacáridos durante el almacenamiento

y enfriamiento, sin provocar un cambio de la estructura (Autio, 1990). Estas pruebas

tienen una gran variedad de aplicaciones por ejemplo: en la evaluación de la fuerza de

geles, monitoreo de la gelatinización del almidón, evaluación de la coagulación o

desnaturalización de las proteínas, evaluación o coagulación de la cuajada de quesos, y

la correlación de las propiedades reológicas con la evaluación sensorial, así como la

estabilidad de los productos con el almacenamiento (Steffe, 1992). 32

En la Figura 10, se muestra la caracterización de los materiales en función a la

respuesta obtenida al aplicar un esfuerzo ó una deformación oscilatoria. Para un sólido

ideal, el esfuerzo esta en fase con la deformación, mientras que para un líquido ideal se

presentará un desfasamiento de 90º entre el esfuerzo y la deformación. Si el material es

viscoelástico, el ángulo de desfasamiento se encontrará entre 0 y 90º (Mitchell, 1980).

Estas pruebas consisten en obtener un barrido de deformación (ó esfuerzo, según sea

el caso), para determinar los limites del comportamiento viscoelástico lineal de la

muestra (Figura 11a), dado que en la región lineal, las propiedades reológicas no son

dependientes de la deformación ni del esfuerzo. Se procede enseguida a obtener un

barrido de frecuencia, el cual señala los cambios en el comportamiento elástico y

viscoso de la muestra (Figura 11b), con el tiempo de aplicación de la deformación o del

esfuerzo (Ferry, 1980; Macosko, 1994). Los resultados de los experimentos dinámicos

son representados por los parámetros G’, G’’ y tan δ.

El módulo de almacenamiento o elástico G’, ha sido definido como el esfuerzo en

fase con la deformación, dividida por la deformación, en una prueba sinusoidal, y

representa una medida de la energía recuperada y almacenada por el material en un

ciclo, y es el indicador del componente elástico del material. Es una función de la

frecuencia y se puede expresar como:

G’ = (τ0/γ0) cos (δ) ……………………. (2)

Donde.

τ0 = Amplitud del esfuerzo de corte

γ0 = Amplitud de la deformación

δ = Ángulo de desfasamiento

33

Figura 10. Ejemplo de barridos de amplitud y frecuencia durante la aplicación de las

pruebas reológicas dinámicas (Fuente: Steffe, 1992).

34

35

10

20

30

40

G´

G´

, G”

G”

10

20

30

40

G´

G’

G”

G”

1 2 3 4 5 6

Región no l

Limites del comportamiento viscoelástico

1 2 3 4 5 6

Amplitud (mNxm)

Región lineal

( P

a )

1 2 3 4 5 6

10

20

30

40

Región lineal Región no lineal

1 2 3 4 5 6

10

20

30

40

Región lineal Región no lineal

1 2 4 5 6

10

20

30

40

Frecuencia (Hz)

Región lineal Región no lineal

G´

G´

, G”

G”

G´

G’

G”

G”

( P

a )

a)

b)

Región no lineal

Limites del comportamiento viscoelástico

Figura 11. Prueba dinámica oscilatoria de baja amplitud (Fuente: TA Instruments, 998).

El módulo G’’, es el módulo de pérdida y se define como el esfuerzo desfasado 90º

respecto a la deformación, dividida por la deformación, en una prueba de deformación

sinusoidal; este parámetro es una medida de la energía disipada como calor por el

material en un ciclo y es un indicador del componente viscoso del material.

G’’ = (τ0/γ0) sen (δ) ……………………. (3)

La tan δ, ó tangente del ángulo de desfasamiento, indica la relación entre la cantidad

de energía disipada y la energía almacenada por el material, o sea, entre la porción

viscosa y elástica de la muestra.

tan (δ) = G’’/G’……………………. (4)

Basándose en el valor de tan δ, los materiales se pueden clasificar de manera muy

general en cuatro categorías (Cuadro 2).

Cuadro 2. Clasificación de materiales según los valores de tan δ .

Clasificación Tan δ

1) Soluciones diluidas > 3

2) Todos los polímeros amorfos con o sin enlaces cruzados 0.2 - 3.0

3) Los polímeros vítreos y cristalinos ≅ 0.1

4) Los polímeros con pocos enlaces entrecruzados 0.01

Ferry, 1980.

36

III. JUSTIFICACIÓN

Antes de la elaboración de las tortillas de maíz nixtamalizado, a la masa se puede

adicionar los hidrocolides, eso puede cambiar las características reológicas de las

masas y por lo tanto su procesamiento en las maquinas tortilladoras. Debido a esto es

necesario conocer como afecta la incorporación de dichos hidrocolides, en el

comportamiento térmico y reológico de las masas de maíz nixtalalizado antes de la

elaboración de las tortillas.

Se sabe que la perdida de suavidad y flexibilidad de la tortilla al enfriarse, se debe en

gran medida a la formación de una estructura rígida causada por la retrogradación del

almidón, por lo que es necesario retardar este fenómeno para aumentar la vida de

almacenamiento y conservar la calidad del producto, una alternativa es el uso de

aditivos como son los hidrocoloides.

37

IV. OBJETIVOS 4.1 Objetivo General

• Caracterizar la masa de maíz nixtamalizado con diferentes concentraciones de

hidrocoloides, en relación con sus propiedades químicas, térmicas, reológicas y

funcionales.

4.2 Objetivos Específicos • Determinar la composición química proximal de masa de maíz nixtamalizado

• Determinar la temperatura y entalpía de gelatinización y de retrogradación de

masas con y sin adición de los hidrocoloides (xantana y carboximetil celulosa)

• Evaluar el comportamiento reológico de las suspensiones de las masas adicionadas

de hidrocoloides

• Determinar la capacidad de retención de agua (hinchamiento) y solubilidad de las

masas con hidrocoloides

38

V. MATERIALES Y MÉTODOS

5.1 Materiales 5.1.1 Materia prima Se usó una variedad de maíz amarillo comercial (CML 150 x CLQ6203) proporcionado

por el INIFAP Iguala Guerrero, el cual se utiliza comúnmente para la elaboración de

tortillas.

Goma xantana: Número de referencia: IRX 55395. Origen Francia. Importado por

Colloides Naturales de México, S. A. de C. V.

Cuadro 3. Datos analíticos de la goma xantana.

Aspecto Polvo beige

Humedad 6-14 %

pH 6.1 a 8.1

Ácido pirúvico 1.5%

Viscosidad (BrookfieldLVF60 RPM) 2000-3000 cP

Carboximetil celulosa de sodio (CMC): Número de referencia, PE32FGS. Origen

México. AMTEX S. A. de C. V.

Cuadro 4. Datos analíticos de la carboximetil celulosa

Aspecto Polvo beige

Humedad 6.3-8 %

pH 7.5-12

Ácido pirúvico 1.5%

Viscosidad (BrookfieldLVF60 RPM) 1200-1600 cP

Grado de sustitución 1%

39

Todos los reactivos utilizados fueron de grado analítico de las marcas Roche, Sigma,

Merck y Fermont.

5.2 Métodos

Para la preparación de las masas se nixtamalizó el maíz y se molió para obtener las

masas (Rendón-Villalobos y col., 2002), las cuales se mezclaron con los hidrocoloides

(CMC y xantana) a dos concentraciones (0.2 y 0.5% p/p). Posteriormente se liofilizó y

se realizó el análisis próximal correspondiente (Figura 12).

Figura 12. Diagrama de flujo para la obtención de las harinas de maíz nixtamalizado

40

5.2.1 Análisis proximal

a) Humedad (método 44-16, AACC, 2000) se utilizaron 2 g de muestra a la

temperatura de 130 ± 3°C por 1h en estufa.

b) Lípidos (método 30-25, AACC, 2000), se determinaron utilizando un sistema de

extracción soxhlet en 3g de muestra empleando hexano como disolvente. c) Proteína (métodos 46-13, AACC, 2000), para la determinación de nitrógeno total

se utilizó el método Kjeldahl, con un factor de conversión de 5.85 d) Cenizas (método 08-01, AACC, 2000), se determinaron utilizando la pérdida de

peso de 3 g de muestra después de incineración a 600°C durante 3h en una

mufla.

5.2.2 Cuantificación de la amilosa

El contenido de amilosa se determinó basándose en la técnica colorimétrica de

Gilbert y Spragg (1964). Se pesaron 1.5 mg de harina de maíz nixtamalizada y se

transfirieron a un matraz volumétrico de 50 mL. Se le adicionó 0.5 mL de una

solución NaOH 1N y la mezcla se calentó durante 3 min en un baño de agua

hirviendo. Posteriormente se dejó enfriar, se neutralizó con 0.5 ml de HCl 1N y se

añadió 0.07 g de bicarbonato de potasio y agua destilada hasta obtener un volumen

aproximado de 45 mL. Una vez disuelto el bicarbonato, se adicionó 0.5 mL de una

solución de yodo (2 mg/mL de I y 20 mg/ml de KI) y se aforó a 50 mL. La solución se

mezcló, se dejo reposar durante 20 min a temperatura ambiente y posteriormente se

midió la absorbancia a 680 nm en un espectrofotómetro Genesys 5.

41

5.3 Análisis térmico

Las propiedades térmicas de las harinas de maíz, se estudiaron usando un calorímetro

diferencial de barrido (TA Instruments, modelo 2010, New Castle, USA).

5.3.1 Gelatinización

La gelatinización de las harinas de maíz fue evaluada por el método propuesto por

Paredes-López y col. (1994), para el cual se utilizó la técnica de calorimetría diferencial

de barrido, el cual consiste en pesar 2 mg de muestra (en base seca, mínimo tres

replicas) dentro de una charola de aluminio, enseguida se adicionó 7 µL de agua

desionizada. Se selló la charola herméticamente y dejó equilibrar por espacio de 30 min

antes de realizar el análisis. Como referencia se utilizó una charola de aluminio vacía.

Posteriormente trascurrido el tiempo de equilibrio, la muestra se sometió a un programa

de calentamiento en un intervalo de temperatura de 30 a 120 °C y una velocidad de

calentamiento de 10 °C/min. La temperatura de inicio (Ti), temperatura de gelatinización

o de pico (Tp), temperatura final (Tf) y la entalpía (∆H) se obtuvieron directamente del

análisis realizado con el software TA Instruments 2010 versión 2.1.

5.3.2 Retrogradación

Para el estudio de la retrogradación de las harinas de maíz, se utilizó el método

propuesto por Paredes-López y col. (1994). Las muestras previamente gelatinizadas y

almacenadas (7 y 14 días a 4 ºC) se dejaron equilibrar por 1 h a temperatura ambiente

posteriormente se analizaron en el calorímetro a una velocidad de calentamiento de 10

ºC/min desde 30 hasta 120 ºC. Se utilizó una charola de aluminio vacía como referencia

en todas las mediciones.

42

5.4 Caracterización de las suspensiones de harinas de maíz nixtamalizado

5.4.1 Método Brabender

Para determinar el perfil de viscosidad de las suspensiones de las harinas de maíz

nixtamalizado, se empleó la técnica propuesta por la AACC (2000). Se preparó una

suspensión de la harina al 10 % (p/v) de sólidos totales en base seca; de estas

suspensiones se tomaron 100 ml y se transfirieron al tazón del microviscoamilógrafo

(marca Brabender OHG Duisburg, Alemania). Se programó el equipo a un ciclo de

calentamiento-cocción-enfriamiento, que inició a los 30 °C y se llevó hasta 95 °C,

manteniéndose a esta temperatura por 10 min, luego se enfrió a 40 °C y se mantuvo

esta temperatura por 10 min. Se empleó una velocidad de calentamiento-enfriamiento

durante todo el ciclo de 2.5 °C/min y una velocidad de agitación de 125 x gn.

5.4.2 Capacidad de retención de agua y solubilidad

El análisis de la capacidad de retención de agua (hinchamiento) y solubilidad se

determinó con el método propuesto por Tecante y Doublier (1999), que consistió en

preparar suspensiones de HMN y HMNH al 10% (p/v) de sólidos totales y se sometieron

las muestras a la misma cinética reportada en el método Método Brabender.

El perfil térmico seguido se muestra en la Figura 13, a lo largo de toda la cinética de

calentamiento, se tomaron muestras (500 µL) por triplicado a varias temperaturas, La 1ª

se tomó a 30ºC al inicio de la etapa de calentamiento, la 2ª a 50ºC, la 3ª a 70 ºC, la 4ª a

80, la 5ª a 95 ºC al inicio de la etapa de cocción, la 6ª a 95ºC al final de la etapa de

cocción, la 7ª a 40ºC al final de la etapa de enfriamiento e inicio de la etapa isotérmica y

la última 40 ºC al final de la etapa isotérmica.

43

Posteriormente, las muestras se depositaron en tubos con agua desionizada y fueron

llevadas a una concentración de 0.5% (p/v), después se centrifugaron a 2000 x gn

durante 15 min, se separaron el sobrenadante y el residuo, al primero se le

determinaron carbohidratos totales por el método de Dubois y col. (1956) para calcular

la solubilidad, posteriormente, el residuo se colocó en una estufa a 50 °C durante 24 h,

se obtuvo la masa del residuo y la CRA se calculó por diferencia.

Figura 13. Perfil de temperaturas empleado en la determinación de la CRA y solubilidad

de las harinas de maíz nixtamalizado con y sin adición de hidrocoloides, al 10% (p/v) de

sólidos totales.

44

5.4.3 Método viscosimétrico (curvas de flujo)

Se prepararon suspensiones con las masas liofilizadas (HMN y HMNH) al 10% (p/v) de

sólidos totales y se analizaron en un Reómetro TA Instruments, modelo AR1000-N, con

un sistema de cono y placa, con un ángulo de 1º, un espesor de muestra de 29 µm.

Primero se realizó una medición a 25 ºC y posteriormente a 40 ºC aplicando una

velocidad de calentamiento y enfriamiento de 2.5 °C/min. Se realizaron mediciones a 25

y 40 ºC, a 2 ciclos de 0.06 a 600 s-1 ascendente y descendente, y un tercer barrido

descendente de 600 a 0.06 s-1. La viscosidad fue calculada por la relación de τ/γ como

una función de la velocidad de deformación. Se reportó el último ciclo (descendente)

como una función del esfuerzo de corte (τ), donde γ = f(τ), en este ciclo se obtuvo la

mejor homogenización de la muestra y se refleja en las gráficas (curvas de flujo o

reogramas), de esta manera se determinó el comportamiento del fluido (Steffe, 1992).

5.3.4 Método viscoelástico dinámico

Se prepararon dispersiones con las harinas liofilizadas al 10% (p/v) de sólidos totales y

se analizaron en un Reómetro TA Instruments, modelo AR1000-N, con un sistema de

placas paralelas, con un diámetro de 60 mm, un espesor de muestra de 200 µm, y una

velocidad de calentamiento y enfriamiento de 2.5 °C/min. Se siguió una cinética de

gelatinización, el cual constó de tres etapas, inicio en 25°C se llevó hasta 90° y terminó

en 25°C, se realizaron barridos de amplitud de la deformación, de 0.1 a 3 % para la 1ª

etapa y de 0.1 a 5% en la 2ª y 3ª etapa, todos a un valor de frecuencia de 1Hz y

barridos de frecuencia (0.1 a 10 Hz) para lo cual se utilizó un valor de deformación

constante de 0.3% para la 1ª y 2ª etapa y de 0.5% en la 3ª etapa. Las mediciones se

efectuaron a cada temperatura mencionada para cada etapa. En donde se evaluaron

los parámetros: módulo de almacenamiento (G’), módulo de pérdida (G’’) y tangente del

ángulo de desfasamiento (tan δ).

45

VI. ANÁLISIS ESTADÍSTICO

a) Para determinar las diferencias estadísticas de las propiedades térmicas del

proceso de gelatinización (Tp y ∆H) debidas a la adición y concentración de

goma, se aplicó un análisis de variancia (ANDEVA) de dos direcciones.

b) Para determinar las diferencias en el caso del fenómeno de retrogradación (Tp y

∆H) debidas a la adición y concentración de goma, almacenadas ( 7 y 14 días),

se aplicó un ANDEVA de dos direcciones.

c) El ANDEVA aplicado para las pruebas de capacidad de retención de agua y

solubilidad se realizó en dos direcciones, para determinar las diferencias

estadísticas producidas por el efecto de la temperatura y concentración de la

goma.

d) Para determinar diferencias estadísticas durante las pruebas reológicas

(viscoamilografía, curvas de flujo y pruebas dinámicas) se utilizo un ANDEVA de

una dirección, en donde se evaluó el efecto de la temperatura y concentración de

goma.

El nivel de significancia utilizado para todos los análisis fue del 5% (α = 0.05) y los

parámetros estadísticos se calcularon utilizando el paquete estadístico Sigma-Stat,

versión 2.1 (Fox y col., 1995). Cuando se hallaron diferencias significativas en las

variables de medida, se aplicó la prueba de comparación múltiple de Tukey (Walpole y

col., 1991).

46

VII. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 7.1 Análisis químico proximal Los resultados obtenidos para la composición química de las harinas de maíz

nixtamalizado (HMN) fueron los siguientes, para lípidos 4.7 %, proteínas 8.6 %,

Cenizas 1.8 % y humedad 9.7 % (Cuadro 5). Estos valores son similares, a los

valores encontrados por Campus-Baypoli y col. (1999) y Bello-Pérez y col. (2002),

quienes reportaron un contenido de proteínas en un intervalo de 6.7 a 11.6%, lípidos

3.7 a 5.7%, cenizas 1.8 a 3.7 % y humedad 6.7 a 11.7 %, con acepción del contenido

de humedad, este se encuentra ligeramente por debajo del valor mínimo permitido,

establecido por la Norma Oficial Mexicana (NOM-147-SSA1-1996) para harinas de maíz

nixtamalizado, que establece que el contenido de humedad mínimo y máximo

permisible debe ser de un 10 y 15 % respectivamente, éste valor de humedad

ligeramente más bajo fue debido probablemente al proceso de liofilización.

Cuadro 5. Análisis proximal de harinas de maíz nixtamalizado a

Lípidos b 4.7 ±0.016

Proteínas bc 8.6 ±0.041

Cenizas b 1.8 ±0.004

Humedad 9.7 ±0.016

a. Promedio de tres determinaciones ± error estándar b. base seca c. N x 5.85

47

En general, los resultados de la composición química proximal, muestran que las

variedades utilizada para la elaboración de harinas de maíz nixtamalizado tienen una

composición química similar, por lo que se puede decir que las variedades de maíz

utilizadas para la elaboración de masas y harinas de maíz nixtamalizado provienen o

pertenecen a líneas similares.

7.1.1 Cuantificación de la amilosa El almidón aislado de las harina de maíz nixtamalizado (HMN) presento un contenido de

amilosa de 10%. Singh y col. (2003) reportaron un contenido de amilosa para harinas

de maíz y papa de 9 y 10% respectivamente. Este valor es ligeramente menor al

encontrado en esta investigación. Esta diferencia puede deberse a la variedad utilizada

para la elaboración de las harinas. Pues como se ha reportado, el contenido de amilosa

puede variar dependiendo de la fuente botánica, repercutiendo en las propiedades

térmicas y reológicas (Moore y col., 1984).

7.2 Perfil calorimétrico de harinas de maíz nixtamalizado 7.2.1 Gelatinización En la Figura 14, se presentan los termogramas típicos para las transiciones térmicas de

las HMN y HMNH, como puede observarse, la adición del hidrocoloide en la harina

provocó cambios en la temperatura y entalpía de gelatinización (Tp y ∆H), la

temperatura de la HMNH fue ligeramente desfasada y el área bajo la curva fue menor

comparado con la HMN (Control), esto quiere decir que la conformación estructural del

sistema fue más homogéneo, permitiendo que el calor se difundiera con mayor facilidad

y la energía necesaria para desorganizar el sistema fuera menor, por lo cual la ∆H es

menor (Mali y col., 2004; Ferrero y col., 1994).

48

Figura 14. Termograma típico de gelatinización para harinas de maíz nixtamalizado con

y sin adición de hidrocoloides.

49

50

in embargo, la adición de hidrocoloides provocó un ligero aumento de la Tp, esto fue

as propiedades térmicas (Tp y ∆H) de las HMN y HMNH se presentan en el Cuadro 4.

uadro 6. Temperaturas y entalpías de transición (gelatinización) para masas de maíz

a. Promedio de tres repeticiones ± error estándar n diferencias significativas

Muestras TP (°C) ∆H (J/g)

S

causado por la interacción almidón-hidrocoloide, el cual se suscita durante el

calentamiento de la suspensión harina-hidrocoloide (Christianson y col., 1981).

L

Las muestras estudiadas presentaron una transición de temperatura de pico o

gelatinización (Tp) entre 80.5 a 81.6 ºC, al aplicar ANDEVA se encontraron diferencias

estadísticas (α = 0.05) en las Tp de las harinas mezcladas con hidrocoloides, con

respecto al control.

Cnixtamalizado a

Control 80 a 1.5±0.32 1.4±0.42e

CMC 0.2% 81.2±0.43 10.3±0.39

% 81.4±0.19 8.2±0.32

81.6±0.32 5.4±0.38

b d

CMC 0.5% 81.5±0.28b 9.8±0.45c

Xantana 0.2 b b

Xantana 0.5% b a

Las letras diferentes dentro de cada columna indica( α = 0.05).

51

a temperatura de gelatinización fue menor para la HMN, en comparación a las HMNH a

in embargo, al comparar Tp entre las mismas muestras (HMNH), no se encontraron

on respecto a las entalpías de gelatinización (Cuadro 6), se observaron diferencias

l comparar las HMNH, se observo que el valor de la ∆H es menor para las HMN con

L

cualquier de las dos concentraciones utilizadas, esto debido probablemente al efecto de

la adición de los hidrocolides en la HMN, provocando la unión de los grupos H+ del

agua con el hidrocolide y la interacción de las cadenas de amilosa con este, lo cuál en

consecuencia, promueve un retrazo en la temperatura de gelatinización de la HMNH,

provocando un ligero incremento de la Tp (Rojas y col., 1998).

S

diferencias estadísticas significativas (α = 0.05), esto pudiera deberse a que las

concentraciones utilizadas (0.2% y 0.5% p/p), no son suficientes para poder detectar

diferencias entre la adición de uno y otro hidrocoloide.

C

significativas (α = 0.05), en todos los casos al adicionar hidrocoloide en las HMN. Como

puede apreciarse, los valores de ∆H disminuyeron a medida que aumentó la

concentración del hidrocoloide CMC (0.2 a 0.5% p/p) y lo mismo sucede para el caso

de la xantana a las dos concentraciones, esto puede atribuirse a la interacción del

almidón-hidrocoloide, que durante el proceso de calentamiento, da lugar a que la forma

y el arreglo estructural de la malla formada por el hidrocoloide y el almidón presente

dentro de HMN es más homogénea, por lo cual la energía necesaria para desestabilizar

el sistema es menor (Gimeno y col., 2004).

A

xantana comparadas con las HMN con CMC, a cualquiera de las dos concentraciones,

esto se debe a que el arreglo estructural de ambos hidrocoloides en suspensión es

distinto. Debiendo considerarse varios factores como; estructura, peso molecular y

composición química de cada hidrocoloide, ya que se ha reportado que la composición

química y estructura juega un papel fundamental en el arreglo estructural de las

moléculas en suspensión (Wang y col., 2001).

52

imeno y col 2004, reportaron que la adición de CMC y xantana en harinas de maíz,

sto puede ser de gran importancia, ya que muestra que tan fácil o difícil es

l comportamiento de las temperaturas (Tr) y entalpías (∆Hr) de retrogradación para las

G

confiere al sistema (harina-hidrocolide) una estructura más uniforme, creando una red

completamente llena de huecos o espacios durante el proceso de calentamiento, ellos

concluyen que la estructura formada por la harina con goma xantana fue la más

homogénea. Esto concuerda con los resultados en esta investigación, la harina que

mostró el valor más bajo de ∆H fue la adicionada con xantana al 0.5% (p/p) de sólidos,

este tipo de arreglo estructural que confiere el hidrocolide al sistema, permite que el

calor se difunda mas fácilmente.

E

desorganizado el sistema y como la ∆H de transición de la muestra es afectada con la

adición del hidrocoloide, por lo cual también al momento del procesamiento o

elaboración de los productos elaborados a partir de estas harinas, se podrían reducir

los tiempos de procesamiento e incluso los gastos de energía requeridos durante el

proceso.

7.2.2 Retrogradación

E

HMN y HMNH se pueden apreciar en la Figura 15, como puede observarse la Tr, para

la HMN fue menor comparada con las HMNH, de igual manera el área bajo la curva por

medio de la cual se cuantifica el valor de la ∆H, fue menor para las HMNH, esto se debe

a que durante el proceso de retrogradación del almidón, el cual ocurre básicamente

durante la etapa de enfriamiento por el proceso de reasociación de los componentes

del almidón (amilosa-amilopectina), el número de enlaces formados durante el

entrecruzamiento de los polímeros del almidón y el hidrocoloide es más abundante, por

lo cual, la temperatura para desorganizar el sistema incrementa ligeramente.

Tr∆Hr

53

igura 15. Termograma típico de retrogradación para harinas de maíz nixtamalizado Fcon y sin adición de hidrocoloides.

Sin embargo, la ∆Hr , es menor comparada con el control, esto de debe a que durante

el proceso de retrogradación, que favorece la asociación amilosa-amilosa durante el

almacenamiento, el hidrocoloide interacciona con el almidón evitando en cierto modo la

asociación de las cadenas de amilosa (Mali y col, 2004).

Las muestras presentaron una transición endotérmica en un intervalo de temperatura

de 50.5 a 54 ºC a los 7 días de almacenamiento (Cuadro 7). Todas las HMNH mostraron

temperaturas de transición mayores a la del control, sin embargo, no se observaron

diferencia significativas (α = 0.05), al comparar las temperaturas de transición entre las

HMNH, esto pudiera deberse a que las concentraciones utilizadas no afectan

significativamente la temperatura de transición, como para observar diferencias entre

las HMNH. Los valores de la temperatura de retrogradación para las muestras a 14 días

de almacenamiento, presentaron un intervalo de temperaturas de transición de 54.0 a

55 ºC (Cuadro 7).

Cuadro 7. Temperaturas y entalpías de transición (retrogradación) para masas de maíz

nixtamalizado a

Muestra Tr7 (°C) ∆Hr 7 (J/g) Tr14 (°C) ∆Hr 14 (J/g)

Control 50.5±0.23a 6±0.50d 54±0.25a 7±0.34e

CMC 0.2% 53.8±0.17b 5.±0.38c 54±0.28a 5.5±0.43d

CMC 0.5% 53.8±0.22b 4.6±0.41c 54.6±0.32a 4.8±0.38c

Xantana 0.2% 53.9±0.25b 3.7±0.35b 54.2±0.17a 3.7±0.35b

Xantana 0.5% 54±0.31b 2±0.37a 55±0.22a 2.6±0.32a

a. Promedio de tres repeticiones ± error estándar Letras diferentes dentro de cada columna indican diferencias significativas (α = 0.05).

54

Oobservando diferencias significativas (α = 0.05), únicamente al comparar HMN con

HMNH xantana 0.5% (p/p) de sólidos. Valores similares de retrogradación se han

reportado para almidones de maíz a 7 y 14 días (Paredes-López y col., 1994).

En lo que respecta a las ∆H de retrogradación, se encontraron valores de 2 a 6 J/g a 7

días y 2.6 a 7 J/g a 14 días (Cuadro 7). En general, las muestras con adición de

hidrocoloides, disminuyen su ∆H comparadas con el control, mostrando el mismo patrón

tanto a 7 como a 14 días, esto debido a que la tendencia del sistema es volver a

reorganizase por efecto de la interacción de los componentes del almidón (amilosa y

amilopectina).

En lo que respecta a la ∆H de retrogradación, se observan diferencias más acentuadas

para caso de la adición de xantana al 0.5% (p/p) de sólidos, respecto a la HMN, para

las dos tiempos de almacenamiento, esto es importante, pues es bien sabido que la ∆H

indica el fenómeno de retrogradación, el pico observado en la endoterma fue más bajo

en las HMNH respecto al control, indicando que la adición del hidrocoloide afecta el

proceso de retrogradación ya que no se presentó muy definido en comparación al pico

de la endoterma de gelatinización. Esto se debe probablemente a la interacción

amilosa-hidrocoloide (Wang y col., 2001). La red formada por el hidrocolide actúa como

una malla que impide que la amilosa pueda realinearse y formar los puentes de

hidrogeno que dan origen al fenómeno de retrogradación (Mali y col., 2004; Ferrero y

col., 1994).

Se ha reportado que los valores bajos de ∆H en algunos almidones, se debe a que la

reorganización de los cristales no es homogénea, los cristales formados durante el

proceso de retrogradación son imperfectos y las cadenas que se forman son más

cortas, por lo cual la temperatura a la que funden es mas baja y se necesita menor

energía para desorganizar el sistema (Yuan y col., 1993).

55

7.3 Determinación amilográfica En la Figura 16, se presentan los perfiles amilográficos de las suspensiones de HMN y

HMNH al 10% (p/v) de sólidos totales, con dos concentraciones de hidrocoloides. Como

se puede apreciar, durante la etapa de calentamiento (30 a 95 ºC), la viscosidad (UB)

incrementa gradualmente hasta obtener un valor máximo (viscosidad máxima). Se ha

reportado que cuando el almidón se calienta en exceso de agua, los gránulos se

hinchan y al mismo tiempo, parte de sus componentes son solubilizados, esto da lugar

a una suspensión de partículas hinchadas y dispersas en una fase contínua (Thebaudin

y col., 1998).

Sin embargo, los valores de viscosidad son más altos para el caso de las HMNH

comparadas con el control, esto se debe principalmente a la formación de una red

tridimensional, formada por el hidrocolide y a la capacidad que tiene de organizar las

moléculas de agua dentro del sistema, por la cual el hidrocoloide aumenta la viscosidad

(Andrew, 2004).

Al llegar a la etapa de cocción (disociación molecular) de la pasta (95 ºC), se observa

una ligera disminución de los valores de viscosidad en las HMNH, probablemente

debido a la interacción almidón-hidrocoloide, la cual ocurre durante el proceso de

calentamiento, en esta etapa el número de colisiones se intensifica, causado por el

aumento en las interacciones moleculares, asociando varios tipos de enlaces para

formar la red tridimensional. Los segmentos donde se dan lugar a los enlaces

producidos por atracciones moleculares, son el resultando de la unión de enlaces por

puentes de hidrogeno, asociaciones iónicas y enlaces cruzados (Kulicke y col 1996;

Whistler y BeMiller 1997). Sin embargo, la viscosidad para la HMN tiende a ir

incrementando muy ligeramente, debido a que durante la etapa de cocción, parte de

los polímeros del almidón presentes en ésta siguen siendo solubilizados.

56

Figu

ra 1

6. P

erfil

am

ilogr

áfic

o de

las

harin

as d

e m

aíz

nixt

amal

izad

o y

harin

as d

e m

aíz

nixt

amal

izad

o co

n ad

ició

n de

hid

roco

lides

(xan

tana

y C

MC

), a

conc

entra

cion

es d

e 0

.2%

y 0

.5%

(p/p

) de

sólid

os.

57

Durante la etapa de enfriamiento (reasociación molecular), se puede observar que los

valores de viscosidad son más pronunciados en comparación con las dos etapas

anteriores (calentamiento y cocción). Mali y col., (2003) y Gimeno y col., (2004)

atribuyen que el incremento de la viscosidad en el sistema (almidón-hidrocoloide) es

causado por reorganización de sus componentes, originando la formación de un mayor

número de enlaces entrecruzados durante el proceso de conformación del gel.

Sin embargo, se puede observar que la viscosidad desciende ligeramente durante la

etapa isotérmica (40 ºC por 10 min) conforme aumenta el tiempo, esto se debe a que el

sistema se encuentra en la etapa de gelificación, en la cual la amilosa libre y la

amilopectina forman la estructura propiamente del gel (McGrane y col., 2003).

En el Cuadro 8, se muestran los valores de viscosidad que corresponden a la etapa de

viscosidad máxima (Vmax), disociación y reasociación molecular. Al aplicar el análisis

estadístico se observó, que el valor de la viscosidad máxima para las HMNH fue mayor

en todos los casos comparados con HMN, la causa por la cual incrementa la viscosidad

del sistema (harina-hidrocoloide), puede ser atribuida a la interacción del hidrocoloide

con las moléculas de amilosa ó a la interacción de las cadenas de amilopectina (bajo

peso molecular), esencialmente con las cadenas de tipo A. Se observaron también

diferencias significativas (α = 0.05) en los valores de Vmáx, debida al tipo y

concentración de hidrocoloide.

58

Las HMNH con xantana al 0,2% (p/p) de sólidos, mostraron el valor más alto de Vmáx

comparado con la HMNH con CMC a la misma concentración, indicando que la

viscosidad que confiere la goma xantana es más alta en comparación con la CMC. Esto

se corroboró al realizar la comparación de las HMNH al 0,5% (p/p) de sólidos, en donde

se pudo observar que al incrementar la concentración del hidrocoloide en la harina, el

valor de la Vmax incrementa y que efectivamente la viscosidad que confiere la goma

xantana en solución es superior al de la CMC, confirmando que la viscosidad que

confiere la xantana en suspensión, es más alta que la de la CMC (Phillips y

Williams, 2000).

Cuadro 8. Viscosidad (UB) de las harinas de maíz nixtamalizado con y sin adición de

hidrocolides, en las etapas de caracterización de las suspensiones, evaluada por

viscoamilografíaa.

Muestras

Viscosidad Máxima

(UB) Disociación

molecular (UB) Reasociación

molecular (UB)

Control 301 ± 3.2a 30 ± 1.2b 339 ± 2.1a

CMC 0.2% 542 ± 2.5b 11 ± 1.2a 1146.5 ± 1.6b

CMC 0.5% 600 ± 1.9c 28 ± 4.9b 1289.0 ± 1.5d

Xantana 0.2% 509 ± 2.0d 13 ± 2.1a 1223.5 ± 1.9c

Xantana 0.5% 613 ± 1.5e 29 ± 1.5b 1425.5 ± 1.3e

a. Promedio de tres determinaciones ± error estándar Letras diferentes en cada columna indican diferencias significativas (α = 0.05)

En la etapa de disociación, las HMNH con xantana y CMC al 0.2% (p/p) de sólidos,

presentaron valores de viscosidad bajos comparados con las HMN, esto pudiera

deberse a que la concentración (0.2% p/p) del hidrocoloide presente afectó la

hidratación del almidón, debida a la competencia entre el hidrocoloide y la amilosa por

el agua, por lo cual el proceso de solubilización de las moléculas amilosa se vio

afectado (Ferrero y col., 1994). Sin embargo, al comparar las HMNH al 0.5% (p/p) de

sólidos con el control, no se detectaron diferencias significativas (α = 0.05), lo cual

quiere decir que el hidrocoloide a esta concentración tiene mayor capacidad de

absorción de agua, por lo cual posiblemente el sistema se hidrató completamente y las

moléculas de amilosa pudieron solubilizarse, a tal grado que al comparar estos valores

con el control, no se detectaron diferencias significativas (α = 0.05).

59

La etapa de reasociación molecular, se lleva a cabo cuando las moléculas de amilosa y

amilopectina empiezan a reorganizarse, formando las mallas o redes tridimensionales,

que dan origen a la conformación del gel. Se puede apreciar claramente que en esta

etapa, los valores de viscosidad para las HMNH son más altos que los del control, esto

se debe al efecto del hidrocoloide en suspensión, el cual tiende a incrementar la

viscosidad del sistema que lo contiene.

Por otro lado, al hacer una comparación de las HMNH-CMC con HMNH- xantana al 0.2 y

0.5 % (p/p) de sólidos, se observó que la viscosidad incrementa al aumentar la

concentración del hidrocoloide en el sistema en ambos casos, sin embargo, como se

muestra en el cuadro 8, la HMNH- xantana, muestra una mayor viscosidad que la HMNH-

CMC a las dos concentraciones utilizadas, esta diferencia puede deberse a que la

goma xantana en su estructura química presenta un mayor número de grupos

carboxilos libres que la CMC, lo que la hace que tenga una mayor capacidad de

absorción de agua. Por otro lado se ha reportado que cuanto más alto es el grado de

sustitución de grupos carboxilos en la CMC, esta se disuelve más rápidamente (Alloncle

y Doublier., 1991).

Glicksman, (1969) y Christianson y col., (1982), reportaron que para una mezcla de

almidón de maíz y goma, durante la reorganización del sistema para la conformación

del gel, se forman más entrecruzamientos moleculares por la interacción de los

polímeros. De esta forma, el grado de reasociación molecular en el sistema se ve

incrementado. El valor de viscosidad más alto correspondiente a esta etapa, fue para la

HMNH-xantana al 0.5% (p/p) de sólidos, debido a que las cadenas del hidrocoloide

tienen grupos aniónicos, los cuales presentan cierto dinamismo alrededor de la

molécula cuando esta se extiende durante la hidratación, incrementando la reasociación

del sistema.

60

7.3.1 Capacidad de retención de agua (CRA)

La Figura 17, muestra el efecto de la temperatura sobre la capacidad de retención de

agua (CRA) de las suspensiones de la HMN y las HMNH al 10% (p/v) de sólidos totales.

Todas las muestras presentaron un aumento en la CRA en un intervalo de temperatura

entre 30-95 ºC (etapa de calentamiento), a 95 ºC por 20 min (etapa Isotérmica) y de 95-

40 ºC (etapa de enfriamiento), la HMN mostró valores de CRA menores en comparación

con las HMNH, esto es debe a que la gomas, tienen ramificaciones que les confieren

una naturaleza hidrofílica, por consiguiente, tienen una alta afinidad por el agua.

Durante la hidratación, las moléculas de agua se orientan hacia los grupos hidróxilo

encontrados en las unidades individuales de los azúcares de la molécula del

hidrocoloide, esta asociación generalmente induce a un incremento en la CRA

(Dickinson, 2003).

De manera general, se observaron diferencias significativas (α= 0.05) en los valores de

CRA entre el control y las HMNH, durante la etapa de cocción, los valores de CRA

incrementaron ligeramente manteniendo la misma tendencia, la CRA en las HMN fue

menor en comparación con las HMNH (Figura 17), manteniéndose prácticamente sin

cambios durante la etapa de enfriamiento.

La harina con goma xantana al 0.5% (p/p) de sólidos, mostró mayor CRA comparada

con la goma CMC a la misma concentración, esto está muy relacionado con la

composición química y estructura de la goma xantana, debida al comportamiento que

tienen las moléculas en solución y la habilidad del polímero para formar agregados, a

través de la unión de los enlaces por puente de hidrógeno alrededor del mismo, lo cual

origina varias propiedades como estabilidad al calor, tolerancia a soluciones

fuertemente ácidas y básicas, una alta viscosidad y estabilidad en un intervalo amplio

de temperatura (Glicksman, 1969).

61

62

igura 17. Efecto de la temperatura sobre la capacidad de retención de agua para las

0

2

4

6

8

1012

14

16

18

20

22

30 50 70 80 95 95 40 40

Temperatura (ºC)

CR

A (

g H

2O/g

mue

stra

) ControlCMC 0.2%CMC 0.5%Xantana 0.2%Xantana 0.5%

Fharinas de maíz nixtamalizado con y sin adición de hidrocoloides (promedio de tres

determinaciones ± error estándar).

63

.3.2 Solubilidad

ara el caso de la solubilidad (Figura 18), se observó la misma tendencia que en CRA,

l comparar las HMNH al 0.2% y 0.5% (p/p) de sólidos, se puede observar que

stas diferencias marcan la tendencia de la solubilidad entre uno y otro hidrocoloide.

7 P

las HMNH mostraron valores de solubilidad más altos comparados con el control durante

toda la cinética (calentamiento-cocción-enfriamiento), esto se debe a que por la

presencia del hidrocoloide en el sistema, se tiene mas afinidad por las moléculas de

agua, debido a que existe mayor número de grupos hidroxilos que pueden interaccionar

con ésta, por lo cual al adicionar el hidrocoloide en la HMN, la solubilidad incrementa.

A

conforme aumenta la concentración de hidrocoloide en el sistema, la solubilidad

incrementa, por otra parte, se puede observar también que existe diferencia entre los

valores de solubilidad de las HMNH-xantana y HMNH-CMC a ambas concentraciones,

sin embargo la HMNH que mostró el valor más alto fue la adicionada con xantana, en

las dos concentraciones utilizadas, esto se debe a que la longitud de las cadenas o

grado de polimerización entre la xantana y la CMC es diferente, lo cual influye en la

hidratación del hidrocoloide (moléculas largas producen viscosidades altas y la

hidratación es lenta, comparada con la hidratación de las moléculas cortas), además, la

presencia de iones (Ca2+) o sales de calcio, usualmente presentes en la harina, afectan

la solubilización de algunos hidrocoloides, como se ha reportado previamente para el

caso de la CMC por Andrew (2004).

E

Los valores más altos de solubilidad se observaron para la formulación HMNH-xantana

al 0.5% a lo largo de toda la cinética, esto puede deberse a que el grado de

polimerización y la longitud de las cadenas es mayor que el de la CMC, además de que

la presencia de iones Ca2+ no tiene un efecto significativo en la solubilidad de la xantana

(Andrew, 2004).

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

30 50 70 80 95 95 40 40

Temepratura (ºC)

Solu

bilid

ad (%

)

Control

CMC 0.2%

CMC 0.5%

Xantana 0.2%

Xantana 0.5%

igura 18. Efecto de la temperatura en la solubilidad de las harinas de maíz Fnixtamalizado con y sin adición de hidrocoloides (promedio de tres determinaciones ±

error estándar).

64

65

.3.3 Curvas de flujo

a Figura 19, muestra la variación del esfuerzo de corte en función de la velocidad de

ecante y Doublier (1999), reportaron que también a una velocidad de deformación de

n la Figura, 20 se puede apreciar el comportamiento de la viscosidad en función de la

7 L

deformación a 25 ºC, para las suspensiones HMN y HMNH al 10% (p/v) de sólidos

totales. Las muestras exhiben un comportamiento Newtoniano, como se puede apreciar

la relación entre el esfuerzo de corte y la velocidad de deformación es constante (Steffe,

1992). Los valores de esfuerzo de corte en los sistemas de HMNH fue

significativamente más altos comparados con la HMN (Control), e incrementaron

cuando la proporción del hidrocoloide en el sistema aumento de 0.2% a 0.5% (p/p) de

sólidos.

T

600 s-1, sistemas de almidón de maíz (almidón-Guar y almidón-Algarrobo), tienen un

comportamiento Newtoniano, similar al reportado en esta investigación, ellos reportaron

que el comportamiento del sistema (almidón-hidrocoloide) Newtoniano puede cambiar a

uno no-Newtoniano, por varios factores como la fuente almidón, origen del hidrocoloide,

la concentración del mismo y temperatura de medición.

E

velocidad de deformación, como se puede observar que la viscosidad es constante

conforme aumenta la velocidad de deformación y el efecto que tiene la adición del

hidrocoloide en el sistema. Al aumentar la concentración de hidrocoloide en el sistema

de 0.2 a 0.5% (p/p) de sólidos, se pueden observar claramente como el valor de la

viscosidad incrementa, esto sugiere que la estructura formada a 25 °C, influenció el

comportamiento de flujo del sistema (almidón-hidrocoloide), por efecto de la interacción

de las cadenas del hidrocoloide con los polímeros del almidón, las cuales durante la

hidratación, son orientadas alrededor de la misma molécula del hidrocoloide en el

sistema, por lo cual la interacción se intensifica durante la aplicación del esfuerzo.

0.1

10

1000

10 100 1000

Velocidad de deformacion (γ)

Esfu

rzo

de c

orte

( τ)

66

igura 19. Curvas de flujo de las harinas de maíz nixtamalizado al 10% (p/v) de sólidos

Ftotales, con y sin adición de hidrocoloides a 25 ºC.

0.001

0.01

0.1

10 100 1000

Velocidad de deformación (1/s)

Visc

osid

ad (P

a.s)

Figura 20. Variación de la viscosidad de las muestras de harinas de maíz nixtamalizado

on y sin adición de hidrocoloides al 10% (p/v) de sólidos totales, en función de la c

velocidad de deformación, evaluadas a 25 ºC.

67

68

l Cuadro 9, muestra los valores de los parámetros reológicos de la ecuación de la ley

e la potencia. Esta ecuación fué utilizada para describir el comportamiento de flujo a

otencia), aplicado a las suspensiones de harinas de maíz nixtamalizado con y sin

E

d

25ºC (Figura 19). Los valores obtenidos de la ecuación muestran una correlación

adecuada con los datos experimentales, tanto para el coeficiente de determinación (R2)

con un valor > 0.996, como para el coeficiente de correlación (R) con un valor > 0.999.

R2 indica el grado de adecuación del modelo y R indica el grado de asociación entre las

variables independiente y dependiente. Como se ha mencionado previamente, todas las

muestras (HMN y HMNH) presentaron un comportamiento Newtoniano (n presentó un

valor de alrededor de 1). Los valores de viscosidad (η), confirman el efecto del

hidrocoloide en el comportamiento de flujo de las HMNH, como puede apreciarse, la

viscosidad de las HMNH incrementa conforme aumenta la concentración del

hidrocoloide en el sistema, sin embargo, se puede observar que la viscosidad para el

caso de las HMNH_xantana es mayor al de la HMNH con CMC, esto se debe a que la

estructura química de la xantana confiere mayor viscosidad en suspensión que la CMC.

Cuadro 9. Parámetros reológicos obtenidos del modelo matemático (Ley de la

p

adición de hidrocoloides al 10% (p/v) de sólidos totales, evaluadas a 25 ºC.

Suspensión η (mPa.s) R2 R

Control 3.7 0 0.999 .999

Xantana 0.2% 8.1 0.996 0.998

Xantana 0.5% 16.3 0.999 0.999

CMC 0.2% 7.1 0.997 0.998

CMC 0.5% 9.7 0.9945 0.997

69

a Figura 21, muestra la variación del esfuerzo de corte en función de la velocidad de

deformación a 40 ºC, para las suspensiones de HMN y HMN , al 10% (p/v) de sólidos

rte al aumentar la

ocoloide, este cambio en el comportamiento de flujo, coincide con

los datos experimentales del comportamiento

ción de la Ley de

ógicos de la ecuación

toniano que fue utilizada para describir las

y el índice de comportamiento de flujo (n) para las HNM es menor que el control, esto

corte.

L

H

totales. Se puede observar que el comportamiento de las muestras 40 °C no es el

mismo que el obtenido a 25 °C, esto se debe a que el sistema a 25 °C se evaluó una

suspensión (HMN y HMNH) y a 40 °C por efecto de la temperatura se evaluó una pasta,

por lo cual las muestras exhiben un comportamiento reofluidizante (pseudoplástico),

pues la relación entre la viscosidad y la velocidad de deformación disminuye a medida

que incrementa la velocidad de deformación (Steffe, 1992).

Es apreciable que existe un aumento significativo del esfuerzo de co

concentración del hidr

la idea generalizada de que la viscosidad es dependiente de la concentración

(Fasihuddin y Peter., 1998).

De la misma forma anterior, se analizaron

de flujo de las suspensiones de las HMN y HMN , y se aplicó la ecuaH

la potencia. En la Figura 22, se puede apreciar como el esfuerzo de corte disminuye conforme aumenta la velocidad de deformación, comportamiento típico para un fluido

reofluidizante (Bagley y Christianson, 1982).

En el Cuadro 10, se muestran los valores de los parámetros reol

de Ley de la potencia para un fluido No-new

curvas de flujo de las muestras de HMN y HMNH a 40ºC. El valor de R2 y R fue de

0.999 a 1, se puede observar que en todos los casos, el coeficiente de consistencia (κ)

H

se debe que la presencia del hidrocoloide en sistema forma una estructura más suave

lo cual se lo cuan se refleja en los valores de κ al momento de aplicar el esfuerzo de

0.1

1

10

100

10 100 1000

Velocidad de deformacion (γ)

Esfu

rzo

de c

orte

( τ)

70

Figura 21. Curvas de flujo de harinas de maíz nixtamalizado a 10% (p/p) de sólidos

totales, con y sin adición de hidrocoloides a 40 ºC.

0.01

0.1

1

10 100 1000

Velocidad de deformación (1/s)

Visc

osid

ad (P

a.s)

Figura 22. Variación de la viscosidad de las muestras de harinas de maíz nixtamaliza o

on y sin adición de hidrocoloides al 10% (p/p) de sólidos totales, en función de la

d

c

velocidad de deformación, evaluada a 40ºC.

71

72

uadro 10. Parámetros reológicos obtenidos del modelo matemático de Ley de la

otencia, aplicado a las suspensiones de harinas de maíz nixtamalizado con y sin

adición de hidrocoloides al 10% (p/v) de sólidos totales, evaluados a 40ºC.

R

Cp

Suspensión κ (Pa. sn) n R2

Control 5.7 0.507 0.999 0.999

Xantana 0.2% 4.6 0.535 0.999 0.999

Xantana 0.5% 4.1 0.545 1 1

CMC 0.2% 4.4 0.531 1 1

CMC 0.5% 3.6 0.555 0.999 0.999

Por otro lado, al realizar la compa n entre los s de κ las HM n

antana y CMC al 0.2 y 0.5% (p/p) sólidos, se puede observar que κ disminuye

conforme aumenta la concentración del hidrocoloide en el sistema, comportamiento

H,

alo de 0.507 a 0.555. Se ha reportado que los valores de k

n pueden variar dependendiendo del tipo de almidón, concentración y temperatura

ració valore entre NH co

x

similar en ambos hidrocoloides. Sin embargo, al comparar los valores de n se

detectaron diferencias únicamente para el control y las HMN a las dos

concentraciones utilizadas.

Los valores de n indican que el comportamiento de las muestras es reofluidizante

( n < 1), estando en un interv

y

(Evans y Haisman, 1979; Bhattacharya y Bhattacharya, 1996). Lo anterior es

consistente con los resultados obtenidos, pues se observó que el comportamiento del

sistema no es el mismo a la temperaturas de 25 y 40ºC.

73

s mayor al reportado en el

uadro 8, esto se debe de la formulación de la suspensión, la concentración del

comportamiento no-Newtoniano. Por otra

arte Wang y col., (2001), también reportaron que la xantana exhibe un comportamiento

7.4 Evaluación reológica de la viscoelasticidad Se realizó un barrido de amplitud de la deformación a las suspensiones de la HMN y

iscoelástica lineal (RVL) de cada muestra, durante las tres etapas de la prueba (1ª

ales sin

untos de inflexión, que indiquen destrucción del sistema en ese punto. Se observó en

Mali y col (2003), obtuvieron valores de κ = 8.14 Pa.sn y n = 0.414 para una solución

de CMC al 1.5% (p/v) de sólidos totales, el valor de κ e

C

hidrocoloide es tres veces mayor a la utilizada en esta investigación, lo cual contribuye

a incrementar el valor de κ, sin embargo, el valor de n es similar al obtenido, cuyo

comportamiento también fue reofluidizante.

Gurkin (2002) y Dickinson (2003), reportaron que la goma CMC es un polímero aniónico

lineal, que en soluciones acuosas exhibe un

p

no-Newtoniano en suspensión acuosa durante un proceso de calentamiento.

las HMNH al 10% (p/v) de sólidos totales, para determinar los límites de la región

v

etapa 25 ºC, 2ª etapa 90 ºC y 3ª etapa 25 ºC). En la Figura 23 se muestra el

comportamiento de las HMN con y sin adición de hidrocoloides, al aplicar un barrido de

amplitud a lo largo de toda la cinética (calentamiento, cocción y enfriamiento).

El comportamiento de ambos módulos G’ (módulo elástico) y G’’ (módulo viscoso) a lo

largo de las tres etapas fue similar, todas las graficas son esencialmente line

p

todos los casos, un aumento en el valor de los módulos al avanzar a la segunda y

tercera etapa de la cinética, esto se debe a que el comportamiento de las HMN y HMNH

no es el mismo al incrementar la temperatura, el sistema pasa de una suspensión (1ª

etapa) a formar una pasta (2ª etapa), para finalmente conformar el gel (3ª etapa).

74

). De la RVL que se muestra en la Figura, 23 se eligió el valor de

eformación 0.3% en la 1ª etapa y 0.5% para la 2ª y 3ª etapa, los cuales fueron

En las tres etapas se notó que G’>G’’, usual en geles viscoelásticos, sin embargo, el

valor de tan δ estuvo en el intervalo de 0.1 a 0.6 típico en geles viscoelásticos débiles

(Ferry, 1980

d

utilizados para realizar los barridos de frecuencia.

10.00.010 0.10 1.0

% Deformación

1.000E5

1.000

10.00

100.0

1000

10000

1ª Etapa a 25 ºC

2ª Etapa a 90 ºC

3ª Etapa a 25 ºC

G’

G’’

Mód

ulos

din

ámic

os G

’y

10.00.010 0.10 1.0

% Deformación

1.000E5

’(Pa

) G

’

1.000

10.00

100.0

1000

10000

1ª Etapa a 25 ºC

2ª Etapa a 90 ºC

3ª Etapa a 25 ºC

G’

G’’

Mód

ulos

din

ámic

os G

’y

Figura 23. Barrido de amplitud correspondiente a la cinética de calentamiento-cocción-

enfriamiento para las harina de maíz nixtamalizado con y sin adición de hidrocoloides al

0% (p/v) de sólidos totales, a una frecuencia de 1Hz.

’(Pa

) G

’

1

75

n la Figura 24 se muestran gráficas típicas de los barridos de frecuencia para una

MN al 10% (p/v) de sólidos totales, se puede observar que el comportamiento de la

uestra fue lineal a lo largo de las tres etapas, este comportamiento fue muy similar en

das las muestras (HMN y HMNH), notando que en las tres etapas G’ > G’’.

rridos de

ecuencia. Se aplicó ANDEVA a los resultados de G’ durante las tres etapas de

etapa (3ª a

5 ºC). Estos valores son de gran importancia, ya que el valor de tan δ puede

E

H

m

to

Dado que esta tendencia (G’>G’’), fue la misma en todos los casos tanto para HMN

como para las HMNH, se decidió efectuar el análisis estadístico solamente con los

valores del módulo de almacenamiento ó módulo elástico (G’), para los ba

fr

calentamiento-cocción-enfriamiento, para todas las muestras y al encontrar diferencias

significativas entre las muestras, se aplicó la prueba de Tukey (α = 0.05).

Como se puede observar en la Figura 24, se muestran también los valores de tan δ a lo

largo de toda la cinética. tan δ presentó un valor de 0.1 en la 1ª etapa (25 ºC), un valor

0.18 en la 2ª etapa (90ºC) y cambiando hasta un valor de 0.3 en la última

2

proporcionar información muy valiosa acerca de la naturaleza del sistema. Los

materiales se pueden clasificar de manera muy general según el valor de tan δ, de aquí

que los valores obtenidos durante la 1ª y 2ª etapa correspondan a polímeros vítreos y

cristalinos (próximos a 0.1), mientras que en la 3ª etapa, el valor de tan δ corresponde

al de un polímero amorfo (0.2-0.3) (Ferry 1980). Por consiguiente, el método reológico

dinámico detectó el cambio de un sistema vítreo ó cristalino a uno amorfo.

Figu

ra 2

4. B

arrid

o típ

ico

de fr

ecue

ncia

cor

resp

ondi

ente

a la

cin

étic

a de

cal

enta

mie

nto-

cocc

ión-

enfri

amie

nto

para

una

harin

a de

maí

z ni

xtam

aliz

ada

al 1

0% (p

/v) d

e só

lidos

tota

les,

apl

ican

do u

n va

lor d

e de

def

orm

ació

n de

0.3

%

en 1

ª y 0

.5%

en

la 2

ª y 3

ª eta

pas.

76

77

En la Figura 25, se muestra el comportamiento reológico (G’, barrido de frecuencia) de

todas las muestras, durante la 1ª etapa (25 ºC). El valor de G’ (modulo elástico) fue

más bajo para las HMNH comparado con el de la HMN (control), observándose que al

incrementar la concentración (0.2% a 0.5% p/p) del hidrocoloide en el sistema, el valor

de G’ disminuyó. Al comparar las HMNH al 0.2 y 0.5%, se detectaron diferencias

significativas (α = 0.05) por efecto de la concentración del hidrocoloide, esto se debe a

que el hidrocoloide en solución acuosa tiende a disociarse parcialmente en el s ma.

Durante este proceso, los grupos carboxilo del hidrocoloide forman iones rga

negativa, los cuales interaccionan directamente con el agua y favorecen las uniones

físicas de sus moléculas, este efecto se acentúa al incrementar la concentrac

Sin embargo, no se encontraron diferencias significativas (α = 0.05) al comparar entre si

las HMNH al 0.5% (p/p) de sólidos, esto se debe a que probablemente durante esta

etapa, los componentes de la HMNH_xantana y HMNH_CMC se encuentran en

suspensión con la misma proporción de sólidos, sin interactuar significativam

En la Figura 26 se muestran los resultados del barrido de frecuencia obtenidos durante

la 2ª etapa (90 ºC), el comportamiento fue similar al de la 1ª etapa, en todos los casos

se observó que la adición del hidrocoloide, disminuye el valor del módulo de

almacenamiento G’. Sin embargo, a diferencia de la 1ª etapa, los valores ca de

magnitud pasando de una escala de 1-100 a 100-10000 Pa, en la 2ª etapa, esto puede

deberse a que en esta temperatura, los componentes del almidón (amilosa) están

siendo solubilizados hacia el medio acuso, durante este proceso de calentamiento se

suscita la interacción entre la amilosa y el hidrocolide, aumenta la captación

el sistema (almidón-hidrocoloide) por lo cual incrementa la viscosidad y los

los módulos (G’) incrementan (Rojas y col., 1999; Shi y Bemiller, 2002).

iste

con ca

ión.

ente.

mbiaron

de agua en

valores de

100

Pa

)

10

Mód

ulo

G´ (

10.1 1 10

Frecuencia (Hz)

Figura 25. Barrido de frecuencia de las de harinas de maíz nixtamalizado con y sin

adición de hidrocoloides a 25ºC (1ª etapa), durante la cinética de calentamiento-

enfriamiento (0.3% de deformación).

78

100

1000

10000

0.1 1 10

Frecuencia (Hz)

Mod

ulo

G´ (

Pa)

Figura 26. Barrido de frecuencia de las de harinas de maíz nixtamalizado con y sin

adición de hidrocoloides a 90ºC (2ª etapa), durante la cinética de calentamiento-

enfriamiento (0.3% de deformación).

79

80

os resultados mostraron diferencias significativas entre los valores obtenidos para el

ódulo de almacenamiento (G’), para todas las HMNH, el valor de G´ fue menor al

control. Por otra parte, al comparar entre las misma muestras de HMNH al 0.2 y 0.5%

/p) de sólidos, se puede observar que conforme aumenta la concentración del

idrocoloide en el sistema, G´ disminuyó en todos los casos, esto puede deberse a que

adición del hidrocolide en esta etapa, forma un gel cuya consistencia es más suave

que la del control, observándose más acentuado el efecto al incrementar la

concentración del hidrocoloide.

Ferrero y col., (1994) y Phillips y Williams, (2000), reportaron que la suspensión de

almidón-xantana, ofrece menor resistencia a la deformación comparada con otros

hidrocoloides a la misma concentración (0.5% (p/p) de sólidos), durante un proceso de

calentamiento de 30 a 80°C. Este comportamiento es similar al obtenido en este

trabajo, el valor de de G’ fue menor para la HMNH_xantana 0.5% (p/p) de sólidos,

mostrando la menor resistencia a la deformación comparada con todas las otras

muestras.

Doublier y Choplin (1989), reportaron valores de G´ > G’’ para almidones de maíz de

tipo normal y valores más bajos para G´ para almidones de maíz ceroso, pero con la

misma tendencia (G´ > G’’), sin embargo, ellos sugieren que la cantidad de amilosa y

tamaño de los gránulos del almidón, son dos factores importantes que se deben

considerar, ya que esto tiende a provocar cambios en ambos módulos (G’ y G”). En la

Figura 27, se muestra el comportamiento de las HMN y HMNH durante el barrido de

debe a que los hidrocoloides forman un sistema

ás elástico, disminuyendo la movilidad molecular durante la conformación del gel

hristanson y col., 1981). Sin embargo, el valor de G’ para las HMNH a 0.2% de

sólidos, fue mayor comparado con el control, sugiriendo que a esta concentración, la

ad molecular está mas restringida, con aumento en la rigidez, ocasionando un

umento en los valores de G´.

L

m

(p

h

la

frecuencia durante la 3ª etapa (enfriamiento a 25 ºC), como se puede observar, los

valores de G’, incrementaron en el intervalo de 100-10000 Pa en la 2ª etapa a 1000-

10000 Pa en esta 3ª etapa, esto se

m

(C

movilid

a

10000

81

1000

Mod

ulo

G´

0.1 1 10

( Pa

)

Frecuencia (Hz)

Figura 27. Barrido de frecuencia de las de harinas de maíz nixtamalizado con y sin

adición de hidrocoloides a 25ºC (3ª etapa), durante la cinética de calentamiento-

enfriamiento (0.5% de deformación).

82

sto sugiere que los valores G’ más altos observados en las HMNH al 0.2% durante la

tapa de formación del gel, se deben probablemente a que la formulación utilizada

forma una estructura más compacta comparada con el control, debido probablemente a

ue la malla formada por el hidrocolide y los componentes del almidón presenta una

estructura mas “aglomerada” (Gimeno y col., 2004).

Lo anterior puede corroborase en la prueba de viscoamilografía (Figura 15), donde se

observó que los valores de viscosidad (UB) correspondientes a la etapa de

reasociación, fueron “bajos”, para el caso de las HMNH a concentración de 0.2% (p/p)

de sólidos, debido al efecto de la concentración de hidrocolide en el sistema, por lo

cual, no se detectaron diferencias significativas al comparar CMC y xantana a la

concentración de 0.2%(p/p) de sólidos.

Sin embargo, las HMNH al 0.5% (p/p) de sólidos, muestran valores más bajos de G’,

debido probablemente a que las moléculas de agua y componentes de la HMNH

atrapadas (fase continua) en el sistema, forman un gel con estructura más suave, lo

cual repercute en los valores de G’.

En éstas HMNH a concentraciones de 0.5% (p/p) de sólidos, el sistema mantuvo la

tendencia de los resultados obtenidos en la 1ª y 2ª etapa, los valores de G’ de las

uestras fueron asimismo, menores en comparación con el control y las HMNH 0.2%

/p) de sólidos, esto se debe probablemente a que durante la conformación del gel, la

puede observar que el valor de G´ es menor para

HMNH_xantana que el de la HMNH-CMC. Esto probablemente se debe a que, durante

formación del gel, en la estructura química de la xantana, las cadenas de ésta, se

ncuentran interaccionando con los componentes de la HMN, por medio de enlaces por

uente de hidrogeno, enlaces iónicos y entrecruzamientos moleculares, lo cual

ontribuye que el gel tenga más flexibilidad. Para la CMC, este tipo de interacciones

mbién se presentan, sin embargo, los enlaces o uniones que mantiene la estructura

el gel permiten menos movilidad del sistema (Wang y col., 2001).

E

e

q

m

(p

formulación de HMNH al 0.5% (p/p) de sólidos, presentó consistentemente menor

resistencia a la deformación, respecto a las demás muestras. Al comparar ambas

muestras al 0.5% (p/p) de sólidos, se

la

la

e

p

c

ta

d

VIII. CONCLUSIONES

83

•

alores menores de ∆H también con

al que en las etapas de disociación y reasociación

molecular.

Los resultados del análisis térmico, determinaron que el tiempo de

almacenamiento y la adición de los hidrocoloides xantana y CMC, afectan la

temperatura de gelatinización y retrogradación de la masa nixtamalizada. Este

efecto se muestra más acentuado con xantana al 0.5% (p/p) de sólidos. La

entalpía de gelatinización y retrogradación disminuyen con la incorporación de

los hidrocoloides, observándose los v

xantana a la misma concentración.

• Según el viscoamilograma obtenido, las HMNH presentaron valores más altos de

viscosidad máxima (UB), al igu

• Los valores de capacidad de retención de agua (CRA) y solubilidad de las

harinas con hidrocoloide, incrementaron por la adición de este. De manera

general, xantana al 0.5% (p/p) de sólidos, fue la que modificó en mayor grado

éstos parámetros.

• De acuerdo a los resultados de las curvas de flujo, se concluye que en el

intervalo de velocidades deformación aplicadas, las suspensiones HMN y HMNH

a 25, se comportan como fluidos Newtonianos, presentándose como un fluido

reofluidizante cuando se evaluaron a una temperatura de 40 ºC, efecto causado

por la interacción del hidrocoloide con las componentes del almidón al aumentar

la temperatura.

84

• Respecto a las pruebas dinámicas, todas las muestras se comportaron como

sistemas (geles) viscoelásticos “débiles”, con G’>G’’, durante las tres etapas de

calentamiento-cocción-e ve fue el de HMNH_xantana

al 0.5% (p/p) de sólidos. En relación a lo valores de tan δ, se concluye que los

geles formados con HMN y HMNH, manifiestan el cambio de un sistema vítreo a

•

ciones pudieran ser de utilidad en las

industrias de harinas nixtamalizadas y fábricas de tortillas, para mejorar la

calidad de sus productos.

nfriamiento. El gel más sua

s

un sistema amorfo durante la cinética de calentamiento-enfriamiento aplicado.

Los resultados obtenidos de este trabajo de investigación, muestran que

efectivamente los hidrocolides podrían utilizarse para retardar el efecto del

endurecimiento causado por la retrogradación y así mejorar las propiedades

reológicas de las masas. Estas formula

85

IX. PERSPECTIVAS

De acu

concen

valore

de ma r sus características y asimismo, optimar el efecto en

s propiedades térmicas, reológicas y funcionales de estas harinas. Por otro lado, se

onsidera conveniente elaborar tortillas a partir de las formulaciones estudiadas y

fectuar pruebas de control de calidad, vida de anaquel y textura, resaltando las

iferencias en los efectos causados por los hidrocoloides.

erdo a los resultados obtenidos, sería pertinente realizar este estudio con otras

traciones de los hidrocoloides involucrados, para determinar los límites de los

s de concentración de CMC y xantana, que pudieran adicionarse a las harinas

íz nixtamalizado, sin afecta

la

c

e

d

86

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