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Extracción y transformación del almidón

El almidón se extraía del trigo en la antigüedad y se utilizaba como aditivo en medicamentos y como pasta.

Hace miles de años, el grano maduro se remojaba en agua, se machacaba con piedras para formar una pulpa de grano, se mezclaba con agua clara y, tras un periodo de reposo, se vertían los componentes flotantes. El sedimento claro del fondo del recipiente era principalmente almidón.

A continuación, este sedimento se secó al sol. De forma similar, nuestros antepasados obtuvieron más tarde fécula de patata a partir de patatas trituradas. En Europa, la industria del almidón se desarrolló como una actividad agrícola secundaria. Trabajaban con los aparatos más sencillos, que sólo se convirtieron en máquinas especiales de procedimiento en el curso de la industrialización. Esto mejoró la pureza, el rendimiento y la estructura de costes.

Cultivos con sus contenidos aproximados de almidón y amilosa

Las materias primas para la producción de fécula en Europa son la patata, el trigo y el maíz; fuera de Europa, la fécula también se obtiene de los cultivos de tapioca y arroz. Hoy en día, el producto comercial almidón (C6H10O5)n puede contener un máximo del 3% de sustancias extrañas. A escala internacional, ha prevalecido la siguiente normativa: El contenido máximo admisible de proteínas en la materia seca del almidón es limitado. Es del 0,58 % para el almidón de cereal y del 0,13 % para la fécula de patata.

El almidón de trigo bajo en proteínas se obtiene para nutrientes dietéticos (por ejemplo, enfermedad celíaca). El Codex alimentarius (conjunto internacional de normas alimentarias) define el almidón como exento de gluten si su contenido en proteínas (gluten) es inferior a 20 mg/kg. Los métodos analíticos actuales pueden detectar niveles de proteína residual inferiores a 5 mg/kg.

Muy pronto en la historia de la humanidad se aprovecharon las diversas propiedades del almidón.

Similitud de la estructura molecular de la celulosa y el almidón: Dependiendo de si el grupo OH anomérico del azúcar A se encuentra en la posición α- (= abajo) o β- (= arriba), se forma un enlace α-glicosídico o un enlace β-glicosídico. Los números 1,4 y 1,6 indican los átomos de C correspondientes en la molécula de glucosa.

La composición química de la celulosa y el almidón es muy similar.

El almidón, portador de energía, se produce por fotosíntesis y se almacena en los tubérculos y semillas de todas las plantas. Miles de moléculas de glucosa se entrecruzan helicoidalmente para formar una molécula de almidón que se incorpora al grano de almidón.

Las enzimas determinan la composición y la estructura de los gránulos de almidón. Pueden unir moléculas de glucosa formando una larga cadena glucosídica. Esta estructura se denomina amilosa. Si las cadenas laterales están unidas a la hebra, se denomina amilopectina.

La similitud molecular de las moléculas de almidón y celulosa es interesante. El almidón es el almacén de energía de las plantas, mientras que la celulosa forma el armazón celular de las plantas, con una resistencia y elasticidad impresionantes, basta pensar en la madera o en los tallos de cáñamo de 4 m de altura.

Dependiendo del tipo de almidón, los granos de almidón tienen distintos tamaños. El diámetro de las partículas de almidón puede ser superior a 100 µm en las patatas, de 2 a 35 µm en el trigo, de 5 a 25 µm en el maíz y de sólo 0,5 a 3 µm en el amaranto. El almidón de trigo presenta una distribución bimodal de los granos de almidón. Esto se aprovecha para producir, por una parte, un almidón de trigo A de gran pureza (20 - 35 µm) y, por otra, un almidón de trigo B de grano pequeño (2 - 10 µm) con mayor impureza. 

Según el origen, el almidón tiene normalmente un contenido de amilosa del 14 % al 27 % y un contenido de amilopectina del 73 % al 86 %. Sin embargo, variedades vegetales especiales también proporcionan almidón con un contenido de amilopectina de hasta el 99 % o un contenido de amilosa de hasta el 85 %.

Contenido en almidón y amilosa de diversos cultivos

Con un "Viscógrafo" o un "Rapid-Visco-Analyzer" se dispone de una técnica de medición clara para comparar las características de gelatinización de diferentes soluciones de almidón. En este proceso, una suspensión de almidón y agua se calienta y se enfría bajo agitación constante. La resistencia a la agitación se representa gráficamente en función del tiempo.

Solubilidad del almidón

El almidón es insoluble en agua fría, pero los gránulos de almidón pueden hincharse fácil y reversiblemente, aumentando su volumen hasta un 28 %. Si se elimina el agua del almidón, disminuye el hinchamiento.

El almidón nativo puede ligar bien el agua o los productos húmedos, pero normalmente no de forma permanente y, sobre todo, no a temperaturas cambiantes. Por tanto, el almidón se modifica para acelerar, controlar o estabilizar la formación de gel. El almidón modificado puede solidificar líquidos. Puede estabilizar la consistencia de los líquidos. La consistencia es entonces independiente de las influencias calor-frío e independiente de la tensión de cizallamiento.

Los almidones modificados pueden tener propiedades tanto hidrófilas como hidrófobas. De este modo, el almidón se adapta a las necesidades de los productores. En el sector alimentario, se trata sobre todo de productos precocinados y de la industria de agentes de panificación, con las fases de proceso de cocción, horneado, asado, congelación de choque, descongelación, que influyen en las reacciones de Maillard.

En la modificación del almidón, se distinguen 3 tipos principales

Físico:

mediante tratamiento térmico, trituración, pregelatinización, secado con rodillos, extrusión o aglomeración. Este tratamiento no es declarable como alimento. Dependiendo de la solubilidad en frío deseada, se utiliza el rentable proceso de secado por rodillo o el más caro de secado por pulverización. Esta última suele combinarse con la aglomeración en lecho fluidizado si se desea que el almidón tenga unas propiedades instantáneas especialmente buenas.

Química:

El almidón se suspende en agua en un hervidor agitado y, tras añadir pequeñas cantidades de ácido o lejía, se calienta cuidadosamente sin alcanzar la temperatura de gelatinización. Tras fijar un valor de pH determinado, se añade un reactivo modificador. Tras la neutralización, lavado, filtrado y secado, el almidón tiene propiedades completamente diferentes. Si el almidón se transforma químicamente, se degrada, se dextriniza, se esterifica, se eterifica o se oxida, debe declararse en los alimentos como aditivo con un número E o como almidón modificado.

Si la estructura cristalina de los gránulos de almidón debe conservarse en gran medida a pesar de la modificación efectiva, puede utilizarse el método de reticulación química de los grupos de moléculas de almidón con grupos hidroxilo adecuados, como óxido de etileno o propileno o ácidos dicarboxílicos. Esto reduce la solubilidad del almidón, aumenta la temperatura de gelatinización y, dependiendo del grado de reticulación, suprime la retrogradación.

Enzimática:

La hidrólisis enzimática del almidón es un proceso muy eficaz para sacarificar el almidón y convertirlo en edulcorantes. Al igual que las enzimas organizan y enlazan estructuras moleculares, forman cadenas moleculares y cadenas laterales, las enzimas también pueden escindir dichas moléculas de almidón. En contraste con la escisión química, la hidrólisis enzimática-catalítica del almidón procede más lentamente, pero también con menos calentamiento. Las enzimas correspondientes pueden obtenerse a partir de mohos, bacterias o el páncreas del ganado. Tras la reacción, las enzimas se eliminan completamente del derivado de almidón o se inactivan. El grado de degradación del almidón puede ajustarse con precisión para disponer de una gran variedad de productos (jarabe de almidón). Esta forma de modificación no está sujeta a declaración. Alternativamente, el almidón también puede descomponerse con un ácido (hidrólisis ácida).

Un tipo de secado por contacto especialmente suave y eficaz tiene lugar en el secador mezclador vertical al vacío amixon®. Con temperaturas especialmente bajas y una circulación suave, se alcanzan rápidamente altos grados de evaporación.

Moléculas de almidón reticulado glucosídico.

La maltodextrina, por ejemplo para bebidas instantáneas, preparados de especias, preparados de frutas y helados, puede obtenerse eficazmente de este modo. El almidón se suspende en agua con alfa-amilasa bajo agitación lenta y se calienta lentamente. Se observan tiempos de agitación y de permanencia definidos a diferentes temperaturas para conseguir una degradación enzimática lo más completa posible. A continuación, la suspensión se lava varias veces, se centrifuga y se seca térmicamente.

La integridad del almidón nativo se demuestra fácilmente cuando los gránulos de almidón se observan al microscopio con luz polarizada. Debido a la birrefringencia, los granos de almidón nativo aparecen iridiscentes con una cruz oscura, mientras que los granos de almidón tratado aparecen monocromos sin cruz - obviamente porque su estructura cristalina está destruida.

Reología: La viscosidad de las soluciones y suspensiones puede variar de varias formas cuando el líquido se agita, pulveriza, bombea o transporta.

Gelatinización

Si el almidón se calienta en forma de suspensión acuosa, por encima de cierta temperatura el grano de almidón se destruye, el hinchamiento aumenta aún más y la amilosa emerge del grano. Este proceso se denomina gelatinización. La viscosidad aumenta, al igual que la claridad de la mezcla de almidón y agua y su conductividad eléctrica. Se trata de una solución estructuralmente viscosa cuya viscosidad disminuye cuanto más se agita o cizalla la solución. Al enfriarse, la solución se aclara, las cadenas de glucosa se alinean en paralelo y forman nuevos enlaces de hidrógeno. Según el tipo de almidón, se forma un gel más o menos estable.

Este comportamiento estructuralmente viscoso es exactamente opuesto al estado inicial. El almidón húmedo (agua en suspensión de almidón) es dilatante. Cuanto mayor es el esfuerzo cortante, más aumenta la viscosidad.

Reactor de síntesis amixon® / secador mezclador al vacío

En el reactor de proceso amixon®, puede modificar, mezclar y tratar térmicamente su almidón de diversas maneras. Bajo presión, atmósfera de gas inerte o vacío, se realizan incluso secuencias de proceso muy complejas con una excelente transferencia de masa.

A menudo, la etapa final de secado se realiza en la secadora mezcladora de vacío. En el secador de vacío por contacto amixon®, el secado de suspensiones es especialmente eficaz, incluso a bajas temperaturas. En algunos casos, la dilatancia de las suspensiones de almidón puede dificultar el proceso de flujo. amixon® cuenta con una amplia experiencia en la manipulación de productos altamente viscosos (dilatantes, viscosos estructurales o tixotrópicos). Los aparatos amixon® son sinónimo de control seguro de la reacción. Incluso si el procesado (mezclado, reacción, suspensión, desaglomerado, recubrimiento, acondicionamiento, secado por contacto al vacío) se realiza en grandes lotes.

reactor de síntesis amixon® / secador mezclador al vacío tamaño VMT 12000

La industria panadera y pastelera es un importante impulsor del desarrollo de derivados del almidón sin declaración.

La gama de aplicaciones del almidón es muy variada.

La resistencia influye en la textura (viscosidad) y la turbidez, la formación de películas, la gelificación y la retrogradación. Siempre que se utilice almidón en la industria alimentaria, debe tener un sabor neutro y mejorar la experiencia de uso final para el consumidor. Además, se dice que favorece la sensación en boca, dependiendo del alimento.

  • Una pasta para untar debe hincharse en frío, ser rápida de preparar, mantener el sabor cremoso, pero tener una elasticidad duradera y conservar la forma cuando se corten los trozos de tarta
  • Un alimento infantil deshidratado por pulverización debe tener buenas propiedades instantáneas y una consistencia líquida adecuada
  • Un postre lácteo a base de fruta o yogur debe resultar refrescante y refrescar la boca, pero en ningún caso pegajoso o pastoso, aunque por otro lado debe ser fácil de dosificar y no gotear en la envasadora de alto rendimiento.
  • Una salsa barbacoa debe ser fácil de dispensar del frasco y mojar los alimentos de la barbacoa de forma espesa y muy viscosa a pesar del efecto del calor, pero en la boca debe desarrollar de forma natural los aromas de las especias al masticarla.
  • Un empanado o rebozado espolvoreado con almidón debe humedecer uniformemente el alimento y adherirse firmemente. Independientemente de si el plato se consume inmediatamente o si primero se congela, envasa y almacena.
  • Una bebida instantánea en polvo debe dispersarse rápidamente y sin grumos en la fase líquida, incluso tras un almacenamiento prolongado. 
  • En un proceso de lecho fluidizado de varias etapas, incluso los líquidos muy volátiles o sensibles a la oxidación pueden microencapsularse con ayuda del almidón.

La retrogradación suele ser indeseable.

El agua ligada previamente se libera de nuevo con retraso. Los geles pueden licuarse. Estos procesos se producen especialmente con los cambios de temperatura, como al enfriarse después de cocinar o al descongelar alimentos congelados. La retrogradación indeseable puede reducirse utilizando almidones modificados o añadiendo emulsionantes adecuados.

secadora amixon® de alto rendimiento con 6,5 m³ de capacidad útil. Este secador mezclador de vacío tiene muchas superficies intercambiadoras de calor. Las herramientas de mezcla también se calientan por completo. Los secadores de contacto funcionan muy eficazmente. La mezcla apenas está sometida a tensiones térmicas. El producto secado puede acabarse con materiales de recubrimiento.

Importancia y perspectivas

En Alemania, la mayoría de los tipos de almidón son intercambiables, sobre todo cuando se utilizan modificados. La fécula de patata suele ser más cara que la de cereal porque los tubérculos de patata sólo están disponibles estacionalmente y hay pocos subproductos en el proceso de producción. La oferta de almidón de trigo está aumentando actualmente, ya que el gluten de trigo, en particular, está ganando importancia como coproducto. El gluten de trigo / proteína de trigo siempre ha sido un coproducto apreciado, disponible en forma deshidratada para la industria panadera o para la alimentación animal. Hoy en día, el gluten de trigo también sirve de base para los sustitutos de la carne y se ha encarecido comparativamente. Por ello, la extracción del almidón del trigo resulta cada vez más interesante.

El consumo total de almidón en Europa es de unos 12 millones de toneladas, con un aumento anual de alrededor del 2%. En Estados Unidos el aumento es de un 4%, en Sudamérica de un 4,5% y en Asia incluso de un 7% anual. Alrededor del 10% del almidón producido en el mundo se utiliza en la industria química, cerca del 30% en la industria del papel y el cartón ondulado, el 30% en la industria alimentaria y aproximadamente la misma cantidad se modifica o sacarifica para la industria de bebidas y confitería. Se supone que la demanda de almidón y derivados seguirá aumentando en todos los sectores industriales.

Separación sólido-líquido, el secado térmico es un paso del proceso costoso.

Si el almidón o el derivado del almidón se va a comercializar en forma de polvo, el principal reto de la ingeniería de procesos reside en la separación sólido-líquido. En el primer paso, esto se hace mecánicamente en centrifugadoras peladoras de rotación horizontal o separadores de rotación vertical. La separación se produce debido a las diferencias de densidad entre el agua y el sólido. A continuación se procede al secado térmico. Aquí se suelen utilizar secadores de contacto de rodillos de funcionamiento continuo o secadores de convección como los secadores flash, los secadores de anillo o los secadores de molienda. El agua se evapora con aire caliente, mientras que el almidón húmedo se arremolina neumáticamente y se descarga como polvo seco.

La industria alimentaria es un motor importante para el uso y desarrollo de los derivados del almidón.

En todo el mundo, la producción de alimentos se beneficia de los avances tecnológicos de la industria del almidón.

Almidón y sus derivados

  • como aditivo para alimentos instantáneos 
  • como relleno para comprimidos de complementos alimenticios
  • como regulador de la viscosidad y opacificante para bebidas instantáneas
  • para aumentar la cremosidad en la preparación de postres
  • para acondicionar salsas para platos preparados congelados
  • como base de oleorresinas en el refinamiento de aromas y especias
  • para aumentar la capacidad de retención de agua en la elaboración de embutidos y carne
  • como aglutinante en grandes cocinas y comedores
  • como agente de carga para potenciadores del sabor
  • como aditivo del azúcar para recubrir las partículas de grasa
  • como aditivo para agentes de panificación y harinas listas para hornear
  • como agente acondicionador para rebozados

Tan diverso como el almidón y sus derivados se utiliza en la industria alimentaria, también lo es su uso en la industria farmacéutica.

  • como lubricante para guantes médicos
  • como relleno para reducir las tabletas a un tamaño manejable
  • como agente de recubrimiento y desintegración para comprimidos
  • como ingrediente básico de polvos medicinales y desodorantes
  • como aglutinante de sustancias medicinales
  • para estirar el colorete cosmético
  • como agente desmoldeante y lubricante para un funcionamiento sin problemas de las prensas de comprimidos
  • como agente pulverizador para separar permanentemente las partículas pegajosas entre sí
  • como regulador de viscosidad para cremas, emulsiones, pomadas e incluso aerosoles

Los derivados del almidón también se utilizan en la industria pesada.

  • en la producción de floculantes y antiespumantes para el tratamiento del agua
  • para la producción de lubricantes refrigerantes para la construcción de túneles y la perforación de tierras
  • para ajustar la fluidez del hormigón para bombas de hormigón
  • para el acondicionamiento de arenas de moldeo en la industria de la fundición
  • para alisar hilos de algodón a fin de poder tejerlos sin desgaste, en la producción textil
  • como adhesivo para sellos y cartón ondulado
  • para la producción de colas para madera
  • como agente suavizante y acondicionador en la fabricación de papel

Dependiendo de la aplicación y la industria, las especias se procesan de forma diferente. El almidón se utiliza a menudo como sustancia portadora para poder aplicar oleorresinas como premezcla en polvo sin aglomerados.

Los derivados del almidón son un ingrediente importante en los platos instantáneos. El cliente quiere una "garantía de éxito", un alto nivel de disfrute, una larga vida útil y una gran naturalidad.

El almidón como sustancia portadora de aromas y formadores de sabor

Cuando el almidón y los derivados del almidón se utilizan como portadores de aromas líquidos, oleorresinas, colorantes alimentarios, extractos de panificación, aceites y grasas, se requiere una gran experiencia para lograr una humectación rápida y uniforme. Porque el objetivo principal debe ser mantener el aporte energético lo más bajo posible. Cuanto más fría salga la mezcla total de la planta mezcladora, mejor funcionará posteriormente el llenado, el almacenamiento, el mantenimiento de la calidad y la consistencia de la frescura. La producción de sabores y aromas, platos preparados, sopas, dips y salsas suele ser un proceso de varios pasos.

Se han diseñado efectos de recubrimiento específicos para encerrar y proteger los principios activos líquidos. Existe aquí un importante conflicto de objetivos entre la mayor carga posible de ingredientes activos líquidos, por un lado, y la mejor fluidez posible de las mezclas acabadas, por otro.

Pruebas en el centro técnico amixon

Los almidones en polvo y los derivados del almidón son, en la mayoría de los casos, aditivos insustituibles para la producción de mezclas en polvo para los productos mencionados. En este contexto, la batidora tiene una importancia crucial. Debe producir una calidad de mezcla ideal en poco tiempo -sin calentar los materiales de mezcla- que ya no puede mejorarse en la práctica. Este proceso se complica cuando se incorporan aditivos líquidos a las fórmulas, como suele ser el caso. Los almidones y sus derivados suelen estar finamente dispersos, son adherentes y poco fluidos. Como productos de origen orgánico, también se espolvorean de moderada a fuertemente. A menudo tienden a pegarse a las herramientas de mezcla y a las paredes de la cámara de mezcla.

amixon® cuenta con más de 30 mezcladores de precisión y reactores de síntesis. Le invitamos a probar y le ofrecemos soluciones probadas basadas en nuestros 40 años de experiencia.

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