Almidón y preparación de almidón

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En la antigüedad, el almidón se extraía del trigo y se utilizaba como aditivo en medicamentos y como material de encolado.

Hace miles de años, el cereal maduro se remojaba en agua, se machacaba con piedras para formar una pasta de cereal, se mezclaba con agua limpia y, después de un periodo de reposo, se vertieron los componentes flotantes. El sedimento claro en el fondo del recipiente era principalmente almidón. Este depósito se secaba a continuación al sol. Nuestros antepasados procedieron posteriormente de forma similar para extraer almidón de patata de papas trituradas. En Europa, la industria del almidón evolucionó como un sector agrícola secundario. Se operaba con dispositivos muy sencillos, que no se perfeccionaron hasta la época de la industrialización, cuando se convirtieron en máquinas especiales en cuanto a la técnica de procesos. Se mejoraron el grado de pureza, el rendimiento y la estructura de costes.

Historia del almidón

aprox. 3500 a. C.

El almidón se utiliza como material de encolado y alisado para hojas de papiro

aprox. 200 a. C.

Tradición escrita de una descripción de procedimiento para la extracción de almidón de cereales de Grecia y Egipto

700 - 1300

El almidón se utiliza para aclarado y alisado en la fabricación de papel

1400

El almidón se utiliza como auxiliar del planchado para endurecer prenda

1600

El almidón es el polvo base para polvos de tocador, maquillaje y tintes para el cabello

1700

El almidón se extrae en EE.UU. de maíz y patata

1770

El adhesivo de almidón se utiliza para aprestar hilos

1811

Modificación química / sacarificación del almidón mediante catálisis ácida

1890

En Alemania existen unas 250 empresas que producen almidón

heute

En Alemania, aproximadamente 2600 personas trabajan en la industria del almidón en 14 fábricas. Producción de almidón en Europa: aprox. 12 millones de toneladas.


Las materias primas para la extracción de almidón dentro de Europa son patatas, trigo y maíz, mientras fuera de Europa el almidón también se extrae de los cultivos de yuca y arroz. El producto comercial «almidón» (C6H10O5)n puede contener actualmente un máximo de 3 % de sustancias extrañas. En el mercado internacional del almidón, se ha establecido, que el contenido de proteína bruta del almidón de los cereales no puede superar el 0,58% en la materia seca, y el 0,13% en el almidón de patata.


 

contenido promedio de almidón en porcentaje en peso

porcentaje de amilosa en el almidón

Trigo

60-70

20-26

Maíz

62-70

0-85

Guisantes arrugados

30-40

50-80

Arroz

70

0-25

Cebada

60-70

60-70

Patata

10-20

20-28

Patatas genéticamente modificadas

10-20

0

Cultivos agrícolas con sus porcentajes aproximados de almidón y amilosa

El almidón de trigo bajo en proteínas se obtiene para alimentos dietéticos (por ejemplo, celiaquía). El Codex Alimentarius (conjunto de normas, directrices y códigos por la FAO y OMS) define el almidón como libre de gluten, si el contenido de proteína (gluten) es inferior a 20 mg/kg. Los procedimientos de análisis actuales pueden detectar contenidos de proteína residual por debajo de 5 mg/kg.

El almidón está compuesto exclusivamente por glucosa y es la verdadera fuente de energía de la mayoría de las plantas. Se forma mediante fotosíntesis con glucosa como

n C6H12O6 – (n-1) H2O   –>    (C6H10O5)n

  glucosa                                   almidón  

producto intermedio y se almacena en los tubérculos y semillas de las plantas en forma de granos de almidón. Miles de moléculas de glucosa se reticulan entre sí en forma de una hélice y forman una molécula de almidón, que a su vez se integra en el grano de almidón.

Las enzimas determinan la composición y la estructura de los granos de almidón. Pueden unir las moléculas de glucosa como cadena larga mediante enlaces glicosídicos. Esta estructura se denomina amilosa. Si se añaden cadenas laterales a la cadena principal, se habla de amilopectina.



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

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En función de que el grupo OH anomérico del azúcar A se encuentre en posición α (= abajo) o β (arriba), se forma un enlace α-glicosídico o un enlace β-glicosídico.

 

Los números 1,4 y 1,6 hacen referencia a los átomos C respectivos en la molécula de glucosa.

El almidón se forma del enlace α.

Cada molécula de glucosa tiene diferentes grupos laterales. Estos grupos OH de moléculas contiguas van juntos. Se separa agua. Así se forma el enlace entre dos moléculas de glucosa. Los granos de almidón están compuestos por miles de moléculas de glucosa unidades mediante enlace glicosídico.

 

La celulosa se forma del enlace β.

Si los grupos OH enfrentados se unen entre sí, se forma una cadena lineal de unidades de glucosa. Esta forma de la molécula la encontramos en la celulosa, el estabilizador de todas las plantas.

 

 

Semejanza de la estructura molecular de celulosa y almidón

En función del tipo de almidón, los granos de almidón tienen diferentes tamaños. Los diámetros de las partículas de almidón en la patata pueden ser superiores a 100 µm, en el trigo, de 2 a 35 µm, en el maíz, de 5 a 25 µm y en el amaranto de tan apenas 0,5 a 3 µm. En el caso del almidón de trigo, se encuentra una distribución bimodal de los granos de almidón (distribución de frecuencia con 2 máximos). Esto se aprovecha para producir, por un lado, un almidón de trigo A altamente puro (20 – 35 µm) y, por otro lado, un almidón de trigo B de grano pequeño (2 – 10 µm) con mayor cantidad de impurezas.

En función del origen, el almidón presenta normalmente un porcentaje de amilosa del 14 % al 27 %, así como un porcentaje de amilopectina del 73 % al 86 %. Pero algunos cultivos agrícolas especiales logran generar también tipos de almidón que contienen hasta un 99 % de amilopectina o hasta un 85 % de amilosa.

 

Amilosa

Amilopectina

Capacidad de fijación de yodo

20%

del 0 al 1 %

Color de los complejos de yodo

azul oscuro

rojo-violeta

Estabilidad de la solución

inestable

estable

Capacidad de espesamiento

baja 

alta

Retrogradación; reversión del almidón previamente gelatinizado

irreversible

reversible

Formación de gel / Reticulación

fuerte y rápida

baja y lenta

Características de diferenciación de ambos componentes del almidón: amilosa y amilopectina

El almidón no es soluble en agua fría, pero los gránulos de almidón se pueden hinchar ligeramente de forma reversible, aumentando su volumen hasta un 28 %. Si se extrae agua al almidón, el hinchamiento se revierte.

El almidón nativo puede ligar bien el agua o productos húmedos, pero generalmente no de forma duradera y, en particular, tampoco a temperaturas variables. Por esta razón, el almidón se modifica para acelerar, controlar o estabilizar su gelatinización, espesar líquidos y estabilizar su consistencia independientemente de influencias de calor-frío o en caso de movimientos de agitación.

Los almidones modificados pueden presentar propiedades hidrófilas, pero también hidrófobas. De este modo, el almidón se adapta a las necesidades de los productores. En el sector de la alimentación en particular para productos de conveniencia y en la industria de los acondicionadores de masa con los pasos de proceso de cocción, horneado, tostar, congelación por choque, descongelación, influencia en la reacción de Maillard.

Semejanza de la estructura molecular de celulosa y almidón

Física:

  • mediante tratamiento térmico, molienda, pregelatinización, secado sobre rodillos, extrusión o aglomeración. Este tratamiento no requiere declaración en el caso de alimentos. En función de la solubilidad en frío deseada se aplica el secado sobre rodillos más económico o el secado por pulverización más costoso. Este último se combina generalmente con una aglomeración en lecho fluidizado si el almidón debe presentar propiedades instantáneas especialmente buenas.

Química:

  • El almidón se suspende en agua en un reactor de tanque agitado y después de añadir pequeñas cantidades de ácido o base se calienta cuidadosamente sin que se alcance la temperatura de gelatinización. Tras ajustar un valor pH específico, se añade un reactivo modificador. Después de la neutralización, lavado, filtración y secado, el almidón presenta características completamente modificadas. Si el almidón se transforma, degrada, dextrina, esterifica, eterifica u oxida químicamente, entonces debe declararse como aditivo alimentario con un número E o identificarse como almidón modificado.

  • Si a pesar de la eficaz modificación se desea mantener en gran medida la estructura cristalina de los gránulos de almidón, entonces puede aplicarse el método de la reticulación química de los grupos de moléculas de almidón con ayuda de hidroxilos adecuados, óxido de propileno, etileno o ácido dicarboxílico. De este modo se reduce la solubilidad del almidón, se aumenta la temperatura de gelatinización y se elimina la retrogradación en función del grado de reticulación.

Enzimática:

  • La hidrólisis enzimática del almidón es un procedimiento altamente eficaz para sacarificar el almidón para generar un edulcorante. Así como las enzimas organizan y unen las estructuras moleculares, forman cadenas moleculares y cadenas laterales, las enzimas también pueden disociar dichas moléculas de almidón. La hidrólisis de almidón catalizada enzimáticamente tiene lugar, al contrario que la disociación química, más lentamente, pero también bajo menor calentamiento. Las enzimas correspondientes también pueden obtenerse de mohos, bacterias o el páncreas del ganado. Después de la reacción, las enzimas se lavan completamente del derivado de almidón o se inactivan. El grado de descomposición del almidón se puede ajustar de forma precisa, por lo que se dispone de una gran variedad de productos (jarabe de almidón). No existe una obligación de declaración para esta forma de modificación. Alternativamente, el almidón también se puede disociar con un ácido (hidrólisis ácida).
  • La maltodextrina, por ejemplo para bebidas instantáneas, preparados de especias, preparados de frutas y helados se puede obtener eficazmente de este modo. El almidón se suspende en agua con alfa-amilasa bajo agitación lenta y se calienta lentamente. Para favorecer una disociación enzimática lo más completa posible tienen lugar tiempos de agitación y reposo definidos a diferentes niveles de temperatura. Luego, la suspensión se lava varias veces, se centrifuga y se seca.

  • Un tipo especialmente cuidadoso y eficaz de secado por contacto tiene lugar en el secador-reactor al vacío de la empresa amixon®. A temperaturas especialmente bajas y con corrientes de redistribución suaves se logran grados de secado elevados de forma extremadamente rápida.

La integridad de un almidón natural (nativo) se puede demostrar fácilmente si se observan los granos de almidón al microscopio bajo luz polarizada. La birrefringencia hace que los gránulos de almidón nativo aparezcan iridiscentes con una cruz oscura, mientras los granos de almidón tratados se reconocen como monocromos sin cruz, evidentemente porque su estructura cristalina está destruida.

Si se calienta el almidón como suspensión acuosa, entonces el grano de almidón se destruye a partir de una determinada temperatura, el hinchamiento sigue aumentando y la amilosa sale del grano. Este proceso se denomina gelatinización. La viscosidad aumenta, así como también la claridad de la mezcla agua-almidón y su conductividad eléctrica. Se trata de una solución de estructura viscosa, cuya viscosidad se reduce más cuanto más se agita o cizalla la solución. Durante el enfriamiento, la solución se aclara, las cadenas de glucosa se orientan en paralelo y forman nuevos puentes de hidrógeno. En función del tipo de almidón, se forma un gel más o menos estable.

Este comportamiento de estructura viscosa es exactamente contrario al estado inicial. El almidón húmedo (suspensión de agua en almidón) es dilatante. Cuanto mayor es tensión de cizallamiento, más aumenta la viscosidad. En casos especiales, los componentes de accionamiento y las herramientas de mezcla incluso pueden romperse o deformarse plásticamente debido al efecto de bloqueo.

 

Tipo de


Temperatura de gelatinización [°C]

Capacidad de hinchamiento (múltiplo)


Patata

56 - 66

1 000

Maíz

75 - 80

24

Trigo

80 - 85

21

Arroz

61 - 78

20

Maíz céreo

63 - 72

64

La gelatinización del almidón tiene gran importancia en diferentes aplicaciones industriales

Con un Viscógrafo® Brabender o un «Analizador de viscosidad rápido» se dispone de una técnica de medición indicativa si se desea comparar las características de gelatinización de diferentes almidones entre sí. En este contexto, se calienta una suspensión de almidón-agua bajo agitación continua y a continuación se vuelve a enfriar. La resistencia a la agitación se mide de forma continua y se representa en un diagrama xy.

Diagrama de gelatinización de tres almidones diferentes

Otras particularidades del almidón licuado son la textura (viscosidad) y la turbidez, la formación de película, la gelatinización y la retrogradación. Cualquiera sea el ámbito de aplicación del almidón en la industria alimentaria, este debe tener un sabor neutro y mejorar la aplicación final en beneficio del consumidor. Además, debe apoyar positivamente la sensación en la boca adaptándose al alimento respectivo.

  • Una masa para cubrir una tarta debe hincharse en frío y ser rápida de preparar, debe adaptarse al sabor cremoso, pero también presentar una elasticidad y estabilidad duraderas al cortar los trozos de tarta
  • Un alimento para bebés secado por pulverización debe presentar buenas propiedades instantáneas y una consistencia líquida adecuada 
  • Un postre de fruta a base de leche o un yogur debe resultar refrescante y fresco en la boca, pero de ningún modo pegajoso o áspero, al mismo tiempo que debe permitir una buena dosificación en la máquina de llenado de alto rendimiento y no gotear.
  • Una salsa para barbacoa debe poder dosificarse cómodamente desde el bote y cubrir la carne con una capa gruesa, con alta viscosidad a pesar del efecto del calor, y en la boca desarrollar los aromas de las especias de forma natural mientras se mastica.
  • Un empanado o rebozado con almidón debe cubrir el producto uniformemente y adherirse firmemente. No importa si el alimento se va a consumir inmediatamente o se va a congelar, empaquetar o almacenar en primer lugar.
  • Una bebida instantánea en polvo debe dispersarse en la fase líquida rápidamente y sin formar grumos, incluso tras un largo almacenamiento
  • En un procedimiento de lecho fluizado de varias etapas, incluso los líquidos volátiles o propensos a la oxidación pueden microencapsularse utilizando almidón.

La retrogradación suele ser algo no deseado. El agua ligada previamente se vuelve a liberar posteriormente. Los geles se pueden fluidificar. Estos procesos son especialmente visibles cuando ocurren cambios de temperatura como enfriamiento tras la cocción o descongelamiento de un producto congelado. Se puede reducir la retrogradación no deseada utilizando almidones modificados o también añadiendo emulsionantes adecuados.

La gelatinización del almidón tiene lugar de forma endotérmica, de forma similar a la disolución de cristales. Por tanto, se debe suministrar el calor correspondientemente. En Alemania, la mayoría de los tipos de almidón pueden intercambiarse entre sí, en particular si se utilizan modificados. El almidón de patata es generalmente más costoso que el almidón de cereales porque los tubérculos de patata solo están disponibles por temporadas y durante la fabricación se producen menos subproductos. Actualmente está aumentando la oferta de almidón de trigo porque en particular el gluten de trigo está ganando importancia como subproducto. El gluten de trigo / la proteína de trigo siempre ha sido un producto secundario bien valorado, que se ha puesto a disposición en forma seca para la industria panadera o la alimentación animal. Actualmente, el gluten de trigo también se utiliza como base para productos sustitutos de la carne y se ha vuelto comparativamente caro. Esto ha aumentado el interés por la extracción de almidón de trigo.

El consumo total de almidón en Europa es de aproximadamente 12 millones de toneladas, con un aumento anual de aproximadamente un 2 %. En EE.UU., el aumento es de aproximadamente un 4 %, en Sudamérica, de aprox. un 4,5 %, y en Asia, de incluso un 7 % anual. Aproximadamente el 10 % del almidón producido a nivel mundial se utiliza en la industria química, aproximadamente un 30% en la industria alimentaria y aproximadamente la misma cantidad se modifica o sacarifica para la industria de las bebidas y los dulces. Se parte de la base de que la demanda de almidón y sus derivados continuará aumentando en todas las áreas industriales.

Si el almidón o el derivado de almidón se va a llevar al mercado como polvo, entonces los grandes desafíos técnicos de procesos radican en la separación sólido-líquido. Esto tiene lugar en el primer paso mecánicamente en centrífugas peladoras de giro horizontal o separadores de giro vertical. La separación se produce por la diferencia de densidad entre el agua y el sólido. A continuación, se realiza el paso del secado térmico. Para ello se utilizan generalmente secadoras por convección como secadoras de flujo, secadores de anillo o también secadoras de molienda. El agua se descarga por aire caliente, siendo el almidón húmedo agitado y transportado neumáticamente. El secado térmico es un paso de proceso especialmente costoso.

En este punto cabe mencionar brevemente el secado de mezcla por contacto-vacío de la empresa amixon®, cuando se trata de un secado cuidadoso de derivados de alta calidad como, por ejemplo, la glucosa. Todas las superficies del aparato se calientan. Si el vacío se ajusta a 200 mbar de presión absoluta, el agua ya se evapora a 60°C. Por lo tanto, la carga térmica es extremadamente baja. La estructura vertical presenta muchas ventajas, como una descarga completa especialmente buena y un flujo de producto especialmente cuidadoso a bajas velocidades de rotación.

La industria alimentaria es uno de los principales impulsores de la aplicación y el continuo desarrollo de derivados de almidón

  • como aditivos para los alimentos instantáneos
  • como material de relleno para comprimidos de suplemento nutricional 
  • como regulador de viscosidad y aditivo de turbidez para bebidas instantáneas 
  • para aumentar la cremosidad en la producción de postres
  • para acondicionar salsas para comida preparada congelada
  • como masa de base para oleorresinas en el refinamiento de aromas y especias
  • para aumentar la capacidad de retención de agua en la industria de procesamiento de la carne
  • como ligante en grandes cocinas y comedores
  • como material de relleno para potenciadores de sabor
  • como aditivo del azúcar para envolver partículas con grasa
  • como aditivos de acondicionador de masa y aditivos de harinas listas para hornear
  • como acondicionador para empanados

Igual de polifacéticos como se utilizan el almidón y sus derivados en la industria alimentaria, también se emplean de muy diversas maneras en la industria farmacéutica.

  • como polvo deslizante para guantes medicinales
  • como relleno para dotar a los comprimidos de un tamaño manipulable 
  • como recubrimiento y disgregante para comprimidos
  • como masa de base para polvos medicinales y desodorantes
  • coom portador para adherir sustancias activas medicinales
  • para aligerar el colorete cosmético 
  • como agente desmoldeador para que las prensas de comprimidos trabajen sin fallos
  • como masa de empolvado para separar partículas pegajosas de forma duradera entre sí
  • como regulador de viscosidad para cremas, emulsiones, pomadas e incluso para aerosoles

También en la industria pesada y de procesos se utilizan los más diversos derivados de almidón.

Ejemplos

  • para producir floculantes y opresores de espuma para el tratamiento de aguas
  • para la producción de lubricantes en frío para excavaciones de túneles y de suelo
  • para ajustar la fluidez del hormigón para bombas de hormigón
  • para acondicionar la arena de fundición en la industria de fundición
  • para alisar hilos de algodón para poder tejerlos sin desgaste en la fabricación de textiles
  • como adhesivo para sellos y cartones ondulados
  • para producir cola de carpintero
  • como alisador y acondicionamiento en la fabricación de papel


En la mayoría de los casos, los almidones y los derivados de almidón en polvo son aditivos insustituibles para la fabricación de mezclas de polvos para los productos anteriormente mencionados. Y el mezclador es determinante para el proceso. Debe generar una calidad de mezcla ideal en poco tiempo, sin calentar el producto, que en la práctica ya no se puede mejorar. Este proceso se hace más difícil cuando la fórmula requiere adición de sustancias líquidas, como suele ser el caso. Los almidones y sus derivados generalmente forman dispersiones finas, desprenden polvo, se congestionan y fluyen poco. Como productos de origen orgánico, tienen además un riesgo de explosión de polvo moderado a elevado. Frecuentemente tienden a adherirse a las herramientas de mezcla y a las paredes de cámaras de mezcla.

Si el almidón y los derivados de almidón se utilizan como portadores para aromas líquidos, oleorresinas, colorantes alimenticios, extractos de panificación, aceites y grasas, se requiere de gran experiencia para realizar una humectación rápida y homogénea sin residuos. Ya que el objetivo principal debe ser que el aporte de energía sea el menor posible. Cuanto más fría salga la mezcla total de la mezcladora, mejor funcionarán el llenado posterior, el almacenamiento, la conservación de la calidad y la homogeneidad de la frescura. Frecuentemente, en la preparación de aromas y sabores, alimentos instantáneos, sopas, aderezos y salsas se trata de operaciones de múltiples etapas. Ciertos efectos de recubrimiento específicos sirven para recubrir y proteger sustancias activas líquidas. Existe en este sentido un gran conflicto de objetivos, mantener la mayor carga líquida posible, por un lado, y la mejor fluidez posible de las mezclas acabadas, por otro. 

Es indiscutible que amixon GmbH sienta las bases de nuevos estándares técnicos de proceso e higiénicos. En este sentido, se pueden reproducir los resultados de mezcla de casi todos los demás tipos de mezcladores y, por lo general, también mejorarse. Frecuentemente, en el marco del desarrollo de productos se deben establecer nuevos procesos. amixon GmbH tiene a disposición mezcladores de precisión especialmente construidos para pruebas piloto. 

Estos disponen de herramientas de mezcla helicoidales de apoyo vertical y pueden utilizarse con los más variados grados de llenado. Tras unos pocos giros, la hélice del dispositivo de mezcla genera una homogeneidad ideal para casi todos los tipos de sólidos y pastas, secos, húmedos y mojados. Los mezcladores amixon® se han establecido a nivel mundial y son conocidos por su construcción especialmente higiénica y porque ofrecen una descarga de hasta el 99,98 %. Las grandes puertas de inspección se fabrican según el procedimiento Clever-Cut® y OmgaSeal®. Sellan de forma duradera, de forma completamente estanca al gas y sin espacios muertos y permiten de igual forma la limpieza manual en seco como también la limpieza por vía húmeda automática; en la que es especialmente importante un secado rápido y completo. En el centro de pruebas de amixon® se dispone de más de 30 mezcladores helicoidales verticales diferentes, con diferentes tamaños, para tamaños de lote desde 10 litros hasta 2000 litros. Una jornada de pruebas en el centro de pruebas de amixon® aporta a quienes las realizan amplios conocimientos y resultados de primer nivel, que son transferibles a los más diversos tamaños.

Todos los componentes de los mezcladores amixon® provienen de la propia fabricación en Paderborn, donde se produce con elevada automatización según un eficaz régimen de fabricación individual por pedido. 

Copyright de amixon GmbH, Paderborn, Germany

Autor:
Ludger Hilleke, miembro de la dirección de amixon GmbH.

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