Gelatinización del almidón

La gelatinización del almidón es un proceso de ruptura de los enlaces intermoleculares de las moléculas de almidón en presencia de agua y calor, lo que permite que los sitios de enlace de hidrógeno (el hidrógeno y el oxígeno del grupo hidroxilo ) interactúen con más agua. Esto disuelve irreversiblemente el gránulo de almidón en agua. El agua actúa como plastificante .

En el gránulo de almidón se producen tres procesos principales: hinchamiento del gránulo, fusión de los cristalitos y de la doble hélice, y lixiviación de la amilosa .

• Hinchazón del gránulo: Durante el calentamiento, el agua se absorbe primero en el espacio amorfo del almidón, lo que provoca un fenómeno de hinchamiento. ^{[ 1 ]}
• Fusión de las estructuras de doble hélice: El agua penetra a través de regiones amorfas en las áreas fuertemente unidas de las estructuras de doble hélice de la amilopectina . A temperatura ambiente, estas regiones cristalinas impiden la entrada de agua. El calor provoca que dichas regiones se difuminen, las cadenas de amilosa comienzan a disolverse, separándose en una forma amorfa , y el número y tamaño de las regiones cristalinas disminuyen. Bajo el microscopio, con luz polarizada, el almidón pierde su birrefringencia y su cruz de extinción . ^{[ 2 ]}

• Lixiviación de amilosa: La penetración del agua aumenta la aleatoriedad en la estructura del gránulo de almidón y provoca hinchazón; finalmente, las moléculas de amilosa se filtran al agua circundante y la estructura del gránulo se desintegra.

La temperatura de gelatinización del almidón depende del tipo de planta y de la cantidad de agua presente, el pH , los tipos y la concentración de sal, azúcar, grasa y proteína en la receta, así como de la tecnología de derivatización del almidón que se utilice. Algunos tipos de almidones nativos no modificados comienzan a hincharse a 55 °C (131 °F) , otros tipos a 85 °C (185 °F) . ^{[ 3 ]} La temperatura de gelatinización del almidón modificado depende, por ejemplo, del grado de reticulación , el tratamiento ácido o la acetilación.    

La temperatura de gelificación también puede modificarse mediante manipulación genética de los genes de la almidón sintasa . ^{[ 4 ]} La temperatura de gelatinización también depende de la cantidad de gránulos de almidón dañados; estos se hincharán más rápido. El almidón dañado puede producirse, por ejemplo, durante el proceso de molienda del trigo o al secar la torta de almidón en una planta de almidón. ^{[ 5 ]} Existe una correlación inversa entre la temperatura de gelatinización y el índice glucémico . ^{[ 4 ]} Los almidones con alto contenido de amilosa requieren más energía para romper los enlaces y gelatinizarse en moléculas de almidón.

La gelatinización mejora la disponibilidad del almidón para la hidrólisis por amilasa . Por lo tanto, la gelatinización del almidón se utiliza constantemente en la cocina para hacer que el almidón sea digerible o para espesar/retener el agua en roux , salsas o sopas .

El almidón gelatinizado, al enfriarse durante un tiempo prolongado (horas o días), se espesa (o gelifica ) y se reorganiza en una estructura más cristalina; este proceso se denomina retrogradación. Durante el enfriamiento, las moléculas de almidón se agregan gradualmente para formar un gel. Pueden darse las siguientes asociaciones moleculares: amilosa-amilosa, amilosa-amilopectina y amilopectina-amilopectina. Se produce una leve asociación entre las cadenas, con el agua aún incrustada en la red molecular.

Debido a las fuertes asociaciones de enlaces de hidrógeno, las moléculas de amilosa más largas (y el almidón con mayor contenido de amilosa) formarán un gel rígido. ^{[ 6 ]} Las moléculas de amilopectina con una estructura ramificada más larga, que las hace más similares a la amilosa, aumentan la tendencia a formar geles fuertes. Los almidones con alto contenido de amilopectina tendrán un gel estable, pero será más blando que los geles con alto contenido de amilosa.

La retrogradación restringe la disponibilidad para que se produzca la hidrólisis por amilasa, lo que reduce la digestibilidad del almidón.

El almidón pregelatinizado ( dextrina ) es almidón que ha sido cocido y posteriormente secado en la fábrica de almidón mediante un secador de tambor o una extrusora , lo que lo hace soluble en agua fría. Los secadores por aspersión se utilizan para obtener almidón seco y almidón pregelatinizado en polvo de baja viscosidad .

Una técnica sencilla para estudiar la gelificación del almidón es mediante el uso de un viscoamilógrafo Brabender . Es una técnica común utilizada por la industria alimentaria para determinar la temperatura de gelatinización, la capacidad de hinchamiento, la estabilidad térmica/de cizallamiento y el grado de retrogradación. En condiciones controladas, el almidón y el agua destilada se calientan a una velocidad constante en un recipiente giratorio y luego se enfrían. La viscosidad de la mezcla desvía un sensor de medición en el recipiente. Esta desviación se mide como viscosidad en torque en función del tiempo y la temperatura, y se registra en la computadora. El viscoamilógrafo permite observar: el inicio de la gelatinización, el máximo de gelatinización, la temperatura de gelatinización, la viscosidad durante el mantenimiento y la viscosidad al final del enfriamiento. ^{[ 7 ]}

La calorimetría diferencial de barrido (DSC) es otro método que las industrias utilizan para examinar las propiedades del almidón gelatinizado. Al calentar agua con gránulos de almidón, se produce la gelatinización, que implica una reacción endotérmica. ^{[ 8 ]}

El inicio de la gelatinización se denomina T-inicio. T-pico es el punto donde la reacción endotérmica alcanza su valor máximo. T-conclusión es cuando todos los gránulos de almidón están completamente gelatinizados y la curva se mantiene estable.

• Dextrina

• Recurso alimentario, almidón, Universidad Estatal de Oregón
• Gelatinización del almidón de maíz, filmada con microscopio, YouTube