Optimización de la maceración del grano de amarranto para obtener compuestos con potencial industrial

Abstract

El amaranto (Amaranthus cruentus), se considera como un grano de alto potencial como alimento funcional, debido a su valor biológico, contenido de almidón (entre 42% y 68 %) y proteína (14% a 18%), ácidos grasos insaturados, mono y polinsaturados, y aminoácidos esenciales (lisina), características que han atraído el interés industrial y científico. Esta investigación incluyó la hidratación, extracción y caracterización reológica, térmica y estructural del almidón de amaranto. Se estableció el efecto de la temperatura sobre los parámetros de hidratación del grano, los cuales fueron evaluados usando los modelos de Peleg, Michaelis–Menten y Fick, con el fin de determinar las constantes de velocidad y capacidad de hidratación, humedad de saturación y coeficiente de difusividad. Los modelos fueron apropiados (R2> 0.96), indicando un ajuste adecuado para describir el proceso de hidratación. Por medio del modelo de Peleg se obtuvieron los valores de la constante K1 de 1.373 min-1, 1.264 min-1 y 0.9839 min-1 para las temperaturas 24°C, 37°C y 51°C, respectivamente. Finalmente, el coeficiente de difusión de Fick es afectado favorablemente al incrementar su temperatura y a su vez disminuye con el aumento del tiempo de hidratación. La temperatura de operación más apropiada para este trabajo fue de 51ºC, en la cual se obtienen diferencias significativas para los parámetros de hidratación analizados. Por otra parte, se evaluó el efecto de las condiciones de maceración (temperatura, concentración de hidróxido de sodio y lauril sulfato de sodio) sobre el rendimiento de almidón puro extraído. Se utilizó un diseño Box-Benhken, involucrando tres factores con tres niveles: temperatura (24, 37 y 51 ºC), concentración de NaOH (0.2, 1.6, 3%) y concentración de lauril sulfato de sodio (0.1, 0.5 y 0.9%), por medio del cual se obtuvieron superficies de repuesta. El análisis del modelo de regresión de superficies, mostró que hay un efecto de interacción entre la temperatura y la concetración de NaOH, de manera que cuando estos disminuyen, aumenta la extracción de almidón, debido a que hay menor pérdida de sólidos solubles en aguas de proceso. Caso contrario sucede con el efecto de interacción entre la temperatura y LDS; mediante la superficie de respuesta, el rendimiento máximo de almidón (67.6 %) se obtiene bajo las siguientes condiciones operativas: 24°C, 0.2% NaOH, 0.89% LDS. Las pruebas reológicas realizadas a los almidones, mostraron cambios importantes en el perfil de viscosidad; el efecto de la temperatura de maceración influyó directamente en el pico de viscosidad, breakdown y setback. Es decir, la temperatura a la cual se lleva a cabo la maceración permite obtener almidones con diferentes comportamientos en la viscosidad. Se comprobó por medio de la calorimetría diferencial de barrido que las condiciones de maceración afectan la entalpía de gelatinización, encontrando que tanto la temperatura como la concentración de tensoactivo, tienen un efecto cuadrático en la entalpía. Los cambios en los perfiles de viscosidad, así como, en las propiedades térmicas, fueron explicados a cambios estructurales en los enlaces C-O (estiramiento) C-O-H dentro de los gránulos de almidón, estos cambios fueron estudiados mediante la espectroscopia de infrarrojo (FT IR).

Este trabajo establece una base científica para determinar las condiciones óptimas de extracción y la forma como afectan el potencial uso agroindustrial del almidón de amaranto.