“MALTODEXTRINAS ENZIMÁTICAMENTE RESISTENTES OBTENIDAS A PARTIR DE

ALMIDÓN DE YUCA (Manihot esculenta)”

 

L.N. Rocío Toraya Avilés

1UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE YUCATÁN

POSGRADO INSTITUCIONAL EN CIENCIAS QUÍMICAS Y BIOQUÍMICAS

Directores de Tesis:

Dr. David Betancur Ancona / Dra. Maira Segura Campos

INTRODUCCIÓN

El almidón es quizás el polímero natural más importante que existe.

La Yuca (Manihot esculenta) = segunda fuente de almidón en el mundo.

Los almidones nativos pueden ser modificados a través de métodos químicos, físicos y bioquímicos.

Piroconversión e hidrólisis enzimática.

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INTRODUCCIÓN

Productos indigeribles o de baja digestibilidad con propiedades fisiológicas similares a las de la fibra dietética.

Elaboración de varios productos alimenticios como bebidas, productos lácteos, cereales, productos panificados, etc.

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ANTECEDENTES

Yuca (Manihot esculenta)

Arbusto tropical que puede alcanzar de 2 a 3 metros de altura.

Mandioca, cassava, guacamote, aipi, entre otros.

Las raíces son la parte de la planta que hasta el momento ha tenido un mayor valor económico.

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(Ceballos & De la Cruz, 2002; Cartay, 2004)

Características Principales del Cultivo

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Gran potencial para la producción de almidón, contiene más almidón por peso seco que casi cualquier otro cultivo alimentario.

Su proceso de obtención es sencillo.

Posee una gran flexibilidad en cuanto a las condiciones de siembra y tiempo de cosecha.

Tolerancia a la sequía y a suelos degradados.(Alarcón & Dufour, 1998; Cock, 1989; FAO, 2006)

Usos de la raíz de yuca6

La yuca es el cuarto producto básico más importante a nivel mundial .

Alimentación animal. Aplicaciones industriales. Alimentación humana.

Actualmente, se encuentra en transición hacia un mercado orientado a productos y materias primas para la industria de procesamiento.

(Cartay, 2004; Benavides, 2010; Aristizabal & col., 2007)

Producción de la raíz de yuca7

En el 2010, la FAO estimó que la producción mundial fue de 249 millones de toneladas.

Nigeria, Tailandia, Indonesia.

Yucatán (ts`íim): Izamal, Tekax, Espita, Tizimín, Valladolid y especialmente en Calotmul.

(FAO, 2010; FAO, 2009; Benavides, 2010)

América

Brasil 24, 404, 000 t

Colombia

2, 202, 210 t

México 18,432 t

Tabasco Morelos

Michoacán Guerrero Estado de

MéxicoYucatán

Almidón8

Formado básicamente por polímeros de D-glucopiranosa unidos a través de enlaces glucosídicos α (1, 4) y α (1,6). 

Amilosa y amilopectina.

Las diferencias estructurales entre estos contribuyen a diferencias significativas en las propiedades del almidón y su funcionalidad.

(Thomas & Atwell, 1999; Mathews & col., 2002; Peñaranda & col., 2008)

Almidón9

Se diferencia de todos los demás carbohidratos debido a que en la naturaleza se presenta en gránulos.

Estos tiene una naturaleza parcialmente cristalina.

Estas estructuras cristalinas se distinguen por su patrón de difracción de rayos X que puede ser alguno de estos tipos: A, B ó C. (Betancur, 2001)

Clasificación de los almidones en base a su digestibilidad10

Clasificación

Tipo Digestión en ID

Fuente

Almidón Digerible

Rápida digestibilidad Completa Pan y Papa cocida.

Baja Digestibilidad Lenta pero completa

Cereales crudos.

Almidón Resistente

AR1: Físicamente inaccesible

Lenta y parcial

Semillas y granos enteros o parcialmente molidos.

AR2: Gránulos Resistentes

Lenta y parcial

Almidón de maíz alto en amilosa, las papas crudas y los plátanos verdes.

AR3: Almidón Retrogradado

Parcial o Totalmente resistente

Alimentos tratados con calor húmedo y enfriados. Ej. Pan, hojuelas de maíz y las papas cocidas frías.

AR4: Almidón químicamente modificado

Parcial o Totalmente resistente

Tratados por piroconversión, entrecruzamiento, entre otros. Han sido utilizados en la elaboración de panes, pasteles, etc.

(Gray, 2006; Sajilata & col., 2006; Nugent, 2005)

Almidón de Yuca11

Es la segunda fuente de almidón en el mundo, sus raíces contienen más de 30 %.

Menor proporción de amilosa (17%). Sus gránulos son redondos con terminales

truncados, su tamaño varía entre 5-35 μm.

(Dufour & col., 1998; Aristizabal & col., 2007; FAO & IFAD, 2000; Ceballos & De la Cruz, 2002; Santacruz & Ruales, 1998)

Composición Proximal Gránulo de

Almidón de Yuca

Humedad 7.4 %

Cenizas 0.35 %

Extracto

etéreo

0.1 %

Proteína 0.15%

Carbohidratos 92 %

Características funcionales

Temperatura de gelatinización relativamente baja (62-73 °C)

Alta viscosidad

Resistencia a congelar

Tendencia baja a la retrogradación

Gel de mayor claridad y estabilidad

Almidones Modificados 12

Los almidones modificados son aditivos e ingredientes funcionales, útiles y abundantes en los alimentos procesados.

Surgen debido a que los almidones nativos suelen presentar ciertas limitaciones para su uso industrial.

Los gránulos de almidón son tratados química, física y bioquímicamente.

(FAO, 1998 ; Fennema, 2010)

Piroconversión o Pirodextrinización

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Degradación de almidones en estado seco por la acción de calor o combinación de calor con ácidos u otros catalizadores.

Enlaces glucosídicos como los β (1,2) y β (1,3) son formados.

Orozco y Betancur (2004) realizaron la pirodextrinización de almidón nativo de Phaseolus lunatus.

(Wurzburg, 1986; Wang & col., 2001)

Hidrólisis Enzimática

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Se realiza mediante un ataque rápido del almidón por la enzima α-amilasa bajo condiciones específicas.

Maltodextrinas

Sus equivalentes de dextrosa

son menores a 20.

(Kulp, 1975; Thomas & Atwell, 1999)

Maltodextrinas Enzimáticamente Resistentes15

Zumárraga (2005) reportó un incremento de la cantidad de almidón resistente al elaborar MER.

(Prosky & Mc cleary, 2001).

CARACTERÍSTICAS

Son compuestos de bajo peso molecular.

No endulzantes

Baja viscosidad y alta solubilidad

Soluciones muy claras y estables

Resisten altas temperaturas

Contienen uniones β (1,2), β (1,3) y levoglucosonas.

Livesey y Tagami (2009) las MER son capaces de atenuar la respuesta glicémica a alimentos ricos en carbohidratos.

Justificación de la investigación

Piroconversión e hidrólisis enzimática = Maltodextrinas enzimáticamente resistentes (MER).

MER= Baja viscosidad , forman soluciones muy claras y estables, resisten altas temperaturas, baja digestibilidad, bajo aporte calórico y propiedades fisiológicas similares a las de la fibra dietética.

Fuente de fibra no convencional.

Justificación de la investigación

Excelente fuente de almidón.

Proceso de obtención es más sencillo y presentan mayor contenido de almidón indigerible.  

Amplia disponibilidad en el mercado.

Cultivo muy flexible.

¿Por qué usar la Yuca como fuente de almidón?

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Justificación de la investigación

Modificaciones= permitirían aumentar las aplicaciones del cultivo así como su rentabilidad y demanda.

Se da en la región de la Península de Yucatán.

Promover su reposicionamiento en el estado y favorecer a los pequeños productores.  

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Objetivo General

Evaluar las propiedades fisicoquímicas y nutrimentales de las pirodextrinas y maltodextrinas enzimáticamente resistentes (MER) obtenidas por piroconversión e hidrólisis enzimática de almidón de yuca (Manihot esculenta) e incorporación de las MER en la formulación de pan blanco.

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Objetivos Específicos

Evaluar el efecto de los principales factores que inciden en la reacción de pirodextrinización sobre el contenido de almidón indigerible.

Evaluar el efecto de la relación enzima-sustrato y tiempo de hidrólisis enzimática del almidón nativo para la obtención de maltodextrinas enzimáticamente resistentes.

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Objetivos Específicos

Evaluar los cambios en las propiedades nutrimentales y funcionales de las pirodextrinas y maltodextrinas enzimáticamente resistentes.

Determinar el índice glicémico in vivo de las maltodextrinas enzimáticamente resistentes.

Incorporar las maltodextrinas enzimáticamente resistentes en la formulación de pan blanco y realizar su evaluación sensorial.

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METODOLOGÍA

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Caracterización NutrimentalAlmidón TotalAlmidón DisponibleAlmidón Indigerible

Propiedades FuncionalesGelatinizaciónSolubilidadPoder de HinchamientoViscosidadAbsorción de agua

Elección del mejor tratamiento en base a los ED más bajos

Evaluación del Índice Glicémico in vivo

Incorporación de las MER1 en la formulación de pan blanco

Evaluación Sensorial del Producto

Caracterización FísicaColor

Hidrólisis enzimática para obtención de MER1

Caracterización NutrimentalAlmidón TotalAlmidón DisponibleAlmidón Indigerible

Pirodextrinización

Elección del mejor tratamiento en base al mayor contenido de almidón indigerible

Obtención de la Materia Prima

Propiedades FuncionalesGelatinizaciónSolubilidadPoder de HinchamientoViscosidadAbsorción de agua

Extracción del almidón nativo de Manihot esculenta

Determinación de Equivalentes de Dextrosa

Obtención de la Materia Prima

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Se usarán ejemplares frescos de yuca (Manihot esculenta) para la extracción del almidón, estos serán adquiridos en ejidos productores del estado de Yucatán.

Extracción de almidón nativo de Manihot esculenta24

Pelado y cortado de las raíces

Lavado y centrifugado

Remojo en solución de bisulfito de sodio

Filtrado

Solución de bisulfito de sodio

Secado y Molienda

Molienda

Almacenamiento

Sedimentación y Sifoneo

Pirodextrinización o Piroconversión

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La piroconversión del almidón se realizará de acuerdo a un diseño factorial 23 con 4 réplicas del tratamiento central.

Variable respuesta = Almidón indigerible. Tratamient

oRelación

almidón/HClTemperatura (°C) Tiempo(h)

1 80:1 90 1

2 80:1 110 1

3 160:1 90 1

4 160:1 110 1

5 80:1 90 3

6 80:1 110 3

7 160:1 90 3

8 160:1 110 3

9 120:1 100 2

10 120:1 100 2

11 120:1 100 2

12 120:1 100 2

Pirodextrinización o Piroconversión

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El experimento se realizará de acuerdo al método Laurentin y col. (1996).

Pesado del almidón nativo seco (15g)

Se deja reaccionar por 16 h

Adición del HCl 2.2 M

Secado en horno de convección (°C y h)

Pirodextrinas

Hidrólisis Enzimática27

Se usará un diseño factorial 22 con 4 réplicas del tratamiento central.

Variable respuesta = ED.

TratamientoConcentración de enzima α-

amilasa (v/v)Tiempo de reacción

1 0.1 % 10 min

2 0.1 % 30 min

3 0.05 % 10 min

4 0.05 % 30 min

5 0.75 % 20 min

6 0.75 % 20 min

7 0.75 % 20 min

8 0.75 % 20 min

Hidrólisis Enzimática28

Se realizará de acuerdo a la patente N°5, 620, 873 de la United Status Patent (1997), utilizando la enzima α-amilasa.

Determinación de Equivalentes de Dextrosa : Se realizará de acuerdo al método establecido por Miller (1959).

Hidratación del almidón pirodextrinizado al 30 % p/v

Acción enzimática a 95 °C (% y min)

Inactivación de la enzima a 120 ° C por 15 min

Liofilización (48 h a -42°C)

MER

Caracterización Nutrimental

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Caracterización Física30

Propiedades Funcionales31

Evaluación del Índice Glicémico in vivo

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10 individuos sanos

10 individuos diabéticos

tipo 2 (controlados)

Se le tomará una muestra de sangre periférica = nivel de glucosa

en ayunas (t0).

50 g de MER

Después de 30 min de la ingestión se tomará la segunda muestra de sangre (t30) y se repetirá a los 45, 60, 90, 120 y 180 min.

Cuantificación de la glucosa plasmática

IG de las MERIG de las MER

Incorporación de MER en la elaboración de Pan Blanco

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El pan blanco será elaborado de acuerdo a la receta de Palomo (2011).

Ingredientes Control(0% MER)

Tratamiento 1(50 % MER)

Tratamiento 2(100 % MER)

Masa madre 50 g 50 g 50 g

Harina 500 g 500 g 500 g

Sal 5 g 5 g 5 g

Mejorante para pan 5 g 5 g 5 g

Azúcar 50 g 25 g 0 g

MER 0 g 25 g 50 g

Aceite 50 ml 50 ml 50 ml

Agua 300 ml 300 ml 300 ml

Levadura seca 7.5 g 7.5 g 7.5 g

Evaluación Sensorial34

Panel de 80 jueces no entrenados, los cuales señalarán el nivel de agrado o desagrado.

Escala hedónica estructurada de siete puntos descriptores.

Análisis Estadístico35

Los datos obtenidos serán procesados mediante estadística descriptiva.

Resultados de los tratamientos de piroconversión, de hidrólisis enzimática y la evaluación sensorial

Análisis de varianza a un nivel de significancia del 5%. Prueba de Duncan. Análisis de regresión (Statgraphics  plus 5.1)

Cronograma de actividades

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GRACIAS…