Uso de las propiedades de los carbohidratos por la industria alimentaria

Por: Sandy Calderon Zavaleta

 “Los carbohidratos constituyen la principal fuente de energía y las cantidades elevadas que se consumen día a día han generado que la industria emplee los carbohidratos en la mayoría de los alimentos. Por tanto se presenta un desafío para hacer que esta ingesta sea lo más agradable, contener buenos índices nutricionales y adaptar sus características físicas a nuevos y especiales usos alimenticios. El origen de todos los carbohidratos es la glucosa que proviene de la fotosíntesis. Entre las fuentes de obtención de carbohidratos se encuentran las frutas, miel, leche, caña de azúcar, granos de cereales, raíces comestibles, entre otros. Entre los principales carbohidratos se tiene el almidón que forma parte de alimentos básicos como raíces, tubérculos y cereales. Durante las últimas décadas, la industria del almidón ha logrado avances notables en la mejora de la calidad, el carácter y la aceptabilidad de sus almidones alimenticios. Existe un gran número de carbohidratos como la glucosa, fructosa, sacarosa, lactosa, celulosa. Su estructura química determina su funcionalidad y sus características, mismas que influyen en el sabor, viscosidad, estructura y color que presentan los distintos alimentos que los contienen. Este conocimiento de estas propiedades y reacciones químicas que las gobiernan ha sido y sigue siendo de gran utilidad en la industria alimentaria”.

 

Almidón

El almidón constituye el suministro de alimentos de reserva de toda la vida vegetal. El examen microscópico de estos depósitos de almacenamiento muestra que el almidón está organizado en pequeñas esférulas o gránulos, cuyo tamaño y forma son específicos para cada variedad de almidón. La apariencia general de los seis almidones alimenticios más comunes se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Imagen de gránulos de almidón de yuca, trigo, papa, sagú, maíz y arroz.

El almidón granular es completamente insoluble en agua fría. Si se calienta una suspensión acuosa hasta la temperatura crítica se inicia una serie completa de cambios físicos. En esta etapa los gránulos se comienzan a hinchar, perdiendo simultáneamente sus cruces de polarización. Este fenómeno se llama gelatinización. Muchos de los gránulos muestran un retraso en la hinchazón, por lo que la gelatinización ocurre en realidad en un rango de temperatura en lugar de en un solo punto. Por ejemplo, este intervalo es de 56 – 67 ° C para almidón de patata y de 64 -72 °C para el maíz.

Uso industrial

Ciertas modificaciones comerciales del almidón son de interés para la industria alimentaria. El tipo más simple es el almidón modificado con ácido, se prepara almidón no gelatinizado en ácido diluido caliente ocasionando que la red intermicelular se debilite y el gránulo prácticamente se deshaga para dar una solución de viscosidad relativamente baja. Estos almidones modificados se usan cuando se desea mayor solubilidad y baja viscosidad. Además mientras que las moléculas de la fracción lineal se descomponen en longitudes más cortas, el contenido total de material lineal no se reduce. Por lo tanto, estos almidones se cocinan delgados y se preparan para formar un gel al enfriarse, esta propiedad se aprovecha en la preparación de dulces como el chicle.

Figura 2. Estructura del almidón

Calentar almidón seco con catalizador ácido produce productos conocidos como dextrina. En las primeras etapas de la dextrinización, el almidón se hidroliza en pequeños fragmentos que luego parecen recombinarse para dar un tipo de estructura ramificada. Por lo tanto, el carácter lineal del almidón se destruye y el producto resultante es altamente soluble y estable. La solubilización del almidón que ocurre en la corteza del pan puede representar tal reacción.

En muchos de los usos industriales y alimentarios de los almidones de cereales, la presencia de la fracción lineal es indeseable, ya que es responsable de la gelificación, recubierta de nata y engrosamiento excesivo. Una alternativa es modificar los almidones ordinarios para reducir la influencia de la fracción lineal a través de la oxidación del almidón con peróxido o hipoclorito alcalino. Tales almidones modificados dan soluciones relativamente claras y estables y proporcionan una excelente acción coloidal protectora como dispersantes y emulsionantes. Se puede lograr la misma reducción del carácter lineal mediante una ligera esterificación del almidón, sin pérdida de la viscosidad. Por ejemplo, una suspensión alcalina de almidón se puede tratar con óxido de etileno para introducir grupos hidroxietilo en el almidón. De este modo se producen pastas relativamente claras y estables que muestran un mínimo de recubierta de nata y gelificación.

Las diversas funciones coloidales de las pastas de almidón cocidas en el uso alimentario se pueden agrupar en seis categorías generales: como agente espesante, como agente gelificante, para retención de humedad, como estabilizante coloidal, como aglutinante y como agente de recubrimiento.

  • Por ejemplo, el almidón se emplea como agente espesante para proporcionar una textura suave y cremosa a los siguientes productos: salsa, sopas de crema, salsas, remolachas, aderezos para ensaladas, mostaza preparada, rellenos de tartas de frutas, carne de cerdo y frijoles y alimentos para bebés.
  • Algún grado de gelificación es deseable para ciertos usos alimenticios. Los requisitos de una preparación de postre instantánea se cumplen con una mezcla de almidón de maíz pregelatinizado, que se reconstituye con leche para dar un semi-gel liso y suave.

La industria alimentaria ha demostrado un interés cada vez mayor en el almidón como componente esencial de los alimentos procesados. Las golosinas de goma requieren un gel de almidón elástico suave, edulcorado y aromatizado adecuadamente. La maicena de maíz de punto de ebullición no modificada da las cualidades tradicionales a este producto y también proporciona un alto grado de retención de agua. Dichos productos deben tener un alto contenido de sólidos secos y buena retención de agua, exhibir buena claridad y tener una estructura de gel firme.

En la preparación de obleas y conos de helado se utiliza una mezcla de almidón de maíz de punto de ebullición pregelatinizado y almidón de maíz de bajo punto de ebullición no gelatinizado. El almidón pregelatinizado espesa la mezcla y el almidón de punto de ebullición fino imparte textura crujiente, ternura y un cierto grado de resistencia mecánica a la oblea cocida.

El almidón en polvo tiene muchos usos alimentarios a gran escala como agente espolvoreante para productos de panadería y chicles; como agente absorbente de humedad como polvo de hornear, condimentos y azúcar en polvo; como un modificador de la harina para reducir la fuerza del gluten en galletas, masas para pastel y harinas para pasteles; y como una forma de moldeo para dulces de goma. Además, cantidades muy importantes de almidón encuentran en la industria cervecera.

 

Carbohidratos en dulces

Por otro lado se tiene el uso de los edulcorantes utilizados en los dulces, que en seco son carbohidratos prácticamente puros. Los edulcorantes comunes utilizados en los dulces son caña cristalina refinada o azúcar de remolacha, azúcares líquidos, jarabe de maíz, dextrosa, sorbitol, almidones, melazas y miel.

Para evaluar de manera efectiva las funciones de los carbohidratos en los dulces, es apropiado considerar primero la composición de los tipos comerciales y los grados de edulcorantes y agentes de gelificación.

Las propiedades físicas y químicas más importantes, consideradas en su orden de importancia relativa para el hombre dulce, son: dulzura relativa, características de solubilidad y cristalización, densidad de edulcorantes líquidos y contenido de humedad de edulcorantes sólidos, higroscopicidad, sabor, propiedades de fermentación y conservación y peso molecular, presión osmótica y depresión del punto de congelación.

La gran variedad de productos que ofrece la industria de la confitería requiere una notable flexibilidad de los carbohidratos que sirven como componentes principales de estos productos. Ha habido algunos documentos excelentes sobre los edulcorantes.

Los dulces masticables como los caramelos, gomas y jaleas, están formulados con sacarosa, jarabe de maíz, grasa y sólidos lácteos. La relación de sólidos de azúcar a sólidos de jarabe de maíz, más 12 a 15% de humedad, es tal que los carbohidratos permanecen en solución. Las dextrinas imparten al cuerpo o textura masticable y en los caramelos los sólidos de la leche aportan sabor y textura. Los sabores naturales y artificiales se acentúan por el azúcar, el azúcar invertido y el jarabe de maíz. Las grasas, que generalmente son del tipo vegetal debido a sus excelentes propiedades de vida útil, se agregan para impartir cualidades corporales y lubricantes. Se añaden emulsionantes como lecitina, monoglicéridos para hacer que el producto sea más agradable al paladar. El jarabe de maíz con el estándar 42 de dextrosa equivalente tiene una aplicación más amplia, ya que aporta la característica masticable deseable sin peligro de higroscopicidad excesiva.

 

El uso de aglutinantes

Aproximadamente 16,000 Kg de harinas y almidones se usan anualmente como aglutinantes en el procesamiento de carne, principalmente para absorber la humedad resultante del hielo que se usa para cortar.

Un aglutinante satisfactorio debe retener esta humedad durante el procesamiento (picado, curado, ahumado, cocción y enfriamiento) y el almacenamiento del producto. Los aglutinantes también sirven como agentes emulsionantes entre la proteína, la grasa y la humedad de la carne.

El aglutinante no debe impartir ningún sabor u olor indeseable al producto. Se usan dos tipos de aglutinantes de carbohidratos, los almidones puros y las harinas. El almidón de patata es considerado como uno de los mejores aglutinantes para salchichas.

Aunque su absorción de agua primaria no es especialmente alta, tiene una baja temperatura de gelatinización, lo que le permite absorber agua en las primeras etapas de las operaciones de cocción y ahumado. La harina de tapioca tiene propiedades de absorción de agua similares al almidón de patata. La presencia de proteína en las harinas de cereal contribuye a las propiedades de unión. En este sentido, las harinas de maíz y trigo son superiores a sus respectivos almidones. Los almidones de maíz, trigo y arroz se han usado como aglutinantes, pero no funcionan tan bien como el almidón de papa. Tienen poca absorción primaria y altas temperaturas de gelatinización. La primera fracción clara de la molienda de trigo duro se utiliza ampliamente como un aglutinante de salchicha. Tiene una gran absorción primaria y buenas propiedades de retención de humedad. Las harinas secas gelatinizadas tienen una alta absorción primaria pero baja absorción secundaria.

Además del tipo de aglutinante de carbohidratos, la harina de soja y la leche en polvo se utilizan en el procesamiento de la carne. Existen límites de aglutinante que se pueden añadir al alimento por ejemplo la cantidad máxima de de cereal o aglutinante que se puede agregar a la salchicha es de 3.5%.

 

 Sustancias pécticas en la industria alimentaria

Las sustancias pécticas han sido componentes de la dieta humana desde la primera comida del hombre a base de frutas y verduras. Dependen de su contenido de sustancia péctica para realizar algunos de los procesos vitales que hacen posible la vida vegetal. Además las industrias de alimentos ha buscado las formas de como compensar las deficiencias naturales y variabilidades de sustancias pécticas en frutas y bayas, y las están añadiendo a los alimentos para mejorarlos.

Las sustancias pécticas en las plantas proporcionan el movimiento del agua y fluidos vegetales a las frutas de rápido crecimiento y la retención de la forma y la firmeza de los frutos. La protopectina, es el precursor de la pectina insoluble en agua, es abundante en tejidos de frutas inmaduras. Los procesos de maduración implican cambios hidrolíticos de protopectina para formar pectina y más tarde, a medida que pasa la madurez, la desmetilación enzimática y despolimerización de la pectina para formar pectatos y eventualmente azúcares y ácidos solubles.

Figura 2. Estructura Pectina

Esta destrucción natural de la pectina y la consiguiente pérdida de turgencia debido al exceso de la maduración la fruta. Este hecho es de interés en la industria de conservación, donde es deseable obtener buen sabor y colores óptimos, para usar frutas completamente maduras a pesar de que la pectina en tales frutas se ha reducido en cantidad y calidad por las reacciones naturales. La adición de pectinas de frutas estandarizadas a frutas deficientes en pectina permite que se produzcan jaleas y conservas de sabor y firmeza uniformemente buenos.

Las pectinas comerciales se usan en alimentos como espesantes, como formadores de geles, como emulsionantes, para suspender sólidos y para una gran variedad de propósitos específicos. Todos estos usos dependen de la naturaleza hidrófila de la pectina.

Las partículas simples y diminutas de pectina entrarán fácilmente en la solución acuosa, pero cuando muchas de esas partículas se agregan, no todas pueden disolverse en forma permanente como partículas individuales. Algunas de las partículas hinchadas incompletas pero no disueltas se adhieren a zonas adyacentes y generalmente atrapan las partículas hidratadas menos completas. El grupo así formado contiene un núcleo no disuelto que está protegido del solvente por una capa externa gomosa lentamente dispersada. Esta tendencia al agrupamiento se supera fácilmente cuando se mezcla una sustancia seca y fácilmente soluble como el azúcar con la pectina para que sirva como espaciador. El azúcar es ideal para tales propósitos, porque casi siempre es un ingrediente de preparaciones alimenticias que contienen pectina. Normalmente, se utiliza una mezcla que contiene de tres a cinco veces más azúcar que la pectina para introducir pectina en el agua o los zumos de frutas. La pectina también se puede preparar en una pasta con alcohol, glicerol, jarabe de azúcar o jarabe de glucosa antes de agregar agua, para lograr el mismo propósito.

Dado que los solutos (azúcar, alcohol, glicerol, sales, etc.) en concentraciones que exceden del 40 al 50% tienden a geles de pectina, es evidente que si se desea una solución completa de pectina, debe dispersarse en sistemas acuosos de bajo contenido de azúcar. Luego, puede agregarse azúcar u otros sólidos solubles al nivel deseado. Los intentos han sido hecho por algunos productores de pectina para evitar este comportamiento natural de la pectina mediante la incorporación con la pectina de pequeñas cantidades de iones metálicos di o trivalentes, como el calcio o el aluminio. La pectina resultante puede ser insoluble en agua pero soluble en soluciones ligeramente ácidas, tales como zumos de frutas, dependiendo del contenido de metoxilo y de iones metálicos de la pectina. Este último tipo de pectina nunca ha ganado mucha popularidad en las industrias de alimentos.

 

Carbohidratos en comida infantil

Los carbohidratos juegan un papel principal en la alimentación infantil. La necesidad de proteína fue apreciada desde que leche de vaca administraba estaba muy contaminada y producía enfermedades entonces se confiaba principalmente en las grasas y los carbohidratos. Mezclas de mantequilla y miel fueron recomendadas en la antigüedad.

Los avances importantes como el descubrimiento de bacterias patógenas hizo que la leche de vaca fuera un alimento seguro además estudios químicos de la leche materna dieron una idea de lo que el bebé recibe cuando se alimenta.

 

Conclusión

Los carbohidratos son uno de los ingredientes más importantes en los alimentos y las materias primas. Pueden agregarse a productos alimenticios para proporcionar nutrientes, para mejorar la textura y la calidad general de un producto alimenticio. Por tanto el conocimiento de las propiedades de los carbohidratos es importante en la industria alimentaria ya que permite obtener cracteristicas deseados en los productos. Además que el conocimiento de las reacciones que ocurren y como se puede modificar los alimentos puede ayudar que el alimento se mantenga en buen estado. En los últimos años hay una mejor comprensión de la química fundamental y el comportamiento físico de las moléculas.

 

Referencias

Eisenberg S (1955) Use of sugars and other carbohydrates in the food industry. Adv Chem 12:12

Cui, S. W. (Ed.). (2005). Food carbohydrates: chemistry, physical properties, and applications. CRC press.

http://carbohidratosytemasrelacionados.blogspot.pe/2011/04/utilizacion-de-carbohidratos-en-la.html

https://www.uaeh.edu.mx/scige/boletin/icbi/n8/m2.html

https://www.puntofape.com/carbohidratos-fibrosos-1031/

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5 pensamientos en “Uso de las propiedades de los carbohidratos por la industria alimentaria

  1. GUERRERO CASTILLO

    Es interesante saber sobre la importancia de las propiedades que poseen los carbohidratos y como estos son empleados como aditivos. Mi pregunta es: ¿qué sucede a los alimentos (consistencia, grado de perecibilidad, entre otras) cuando estos carbohidratos son empleados en exceso?

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  2. GONZALES USCAMAYTA MIKI

    Sin duda, la funcionalidad de los carbohidratos en la industria de los alimentos es muy amplia y específica para determinado producto como se ha descrito. También se habla de límites de adición de cierto tipo de almidones en determinados alimentos, como es el caso específico de los aglutinantes. Por lo que mi pregunta es la siguiente ¿A qué se deben tales límites y cuáles son los efectos que se desean evitar?

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    1. SANDY LUZ CALDERON ZAVALETA Autor

      Con respecto a los aglutinantes, en general los aglutinantes tienen efectos beneficiosos como lo mencionado principalmente en carnes de aumentar el poder emulsificante ya que sus proteínas se desprenden con mayor facilidad en las carnes molidas además se mejora de esta manera la textura consistente. Y con respecto a los limites, considerando el CODEX Alimentarius el alimento debe contener al menos 50% de carne y puede o no tener aglutinante. Entre los aglutinantes que deben ser utilizados se encuentran: harinas, almidones de cereales, pan , galleta, productos de panadería, leche en polvo, proteína de huevo, entre otros. Adicionalmente un producto con aglutinante debe tener un mínimo de carne añadido de 80% y un máximo de 20% de aglutinante tal vez no por sus efectos negativos sino para que se pueda ser etiquetado como carne y que no se sobrepase el limite de los aditivos en un alimento.

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  3. RITA ALEXANDRA ARANA BAUTISTA

    Sandy! Muy interesante la información que brindas, yendo por le lado de la investigación sería bueno comentar un poco más sobre la retrogradación del almidón, uno de los carbohidratos más usados en la industria aimentaria, además si existen o no estudios solo el reemplazo de almidón en los alimentos y si las hay, que tan factibles son.

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    1. SANDY LUZ CALDERON ZAVALETA Autor

      Gracias estimado lector por la sugerencia,
      La retrogradación del almidón se ha utilizado para describir los cambios en el comportamiento físico después de la gelatinización. Es el proceso que ocurre cuando las moléculas de almidón forman una estructura ordenada como dobles hélices durante el almacenamiento. En un paso inicial, dos cadenas pueden asociarse. En última instancia, bajo condiciones favorables, aparece un orden cristalino y se produce una separación física de fases. Por tanto, la retrogradación es importante en el uso industrial del almidón, ya que puede ser un punto final deseado en ciertas aplicaciones, pero también causa inestabilidad en las pastas de almidón. Ademas la retrogradación del almidón está influenciada por la fuente botánica (por ejemplo, almidón de cereal frente a almidón de tubérculo) y la estructura fina de amilopectina (por ejemplo, longitud y distribución de la cadena). Y con respecto a los estudios sobre reemplazo del almidón no las hay pero existe modificación estructural, ya sea por medios genéticos para cambiar la ruta de la biosíntesis del almidón o por medio de la modificación química o física del almidón, empleada para alterar el proceso de retrogradación.

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