Protocolo de Investigación Maltodextrinas Enzimáticamente Resisitentes
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“MALTODEXTRINAS ENZIMÁTICAMENTE RESISTENTES OBTENIDAS A PARTIR DE
ALMIDÓN DE YUCA (Manihot esculenta)”
L.N. Rocío Toraya Avilés
1UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE YUCATÁN
POSGRADO INSTITUCIONAL EN CIENCIAS QUÍMICAS Y BIOQUÍMICAS
Directores de Tesis:
Dr. David Betancur Ancona / Dra. Maira Segura Campos
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INTRODUCCIÓN
El almidón es quizás el polímero natural más importante que existe.
La Yuca (Manihot esculenta) = segunda fuente de almidón en el mundo.
Los almidones nativos pueden ser modificados a través de métodos químicos, físicos y bioquímicos.
Piroconversión e hidrólisis enzimática.
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INTRODUCCIÓN
Productos indigeribles o de baja digestibilidad con propiedades fisiológicas similares a las de la fibra dietética.
Elaboración de varios productos alimenticios como bebidas, productos lácteos, cereales, productos panificados, etc.
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ANTECEDENTES
Yuca (Manihot esculenta)
Arbusto tropical que puede alcanzar de 2 a 3 metros de altura.
Mandioca, cassava, guacamote, aipi, entre otros.
Las raíces son la parte de la planta que hasta el momento ha tenido un mayor valor económico.
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(Ceballos & De la Cruz, 2002; Cartay, 2004)
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Características Principales del Cultivo
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Gran potencial para la producción de almidón, contiene más almidón por peso seco que casi cualquier otro cultivo alimentario.
Su proceso de obtención es sencillo.
Posee una gran flexibilidad en cuanto a las condiciones de siembra y tiempo de cosecha.
Tolerancia a la sequía y a suelos degradados.(Alarcón & Dufour, 1998; Cock, 1989; FAO, 2006)
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Usos de la raíz de yuca6
La yuca es el cuarto producto básico más importante a nivel mundial .
Alimentación animal. Aplicaciones industriales. Alimentación humana.
Actualmente, se encuentra en transición hacia un mercado orientado a productos y materias primas para la industria de procesamiento.
(Cartay, 2004; Benavides, 2010; Aristizabal & col., 2007)
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Producción de la raíz de yuca7
En el 2010, la FAO estimó que la producción mundial fue de 249 millones de toneladas.
Nigeria, Tailandia, Indonesia.
Yucatán (ts`íim): Izamal, Tekax, Espita, Tizimín, Valladolid y especialmente en Calotmul.
(FAO, 2010; FAO, 2009; Benavides, 2010)
América
Brasil 24, 404, 000 t
Colombia
2, 202, 210 t
México 18,432 t
Tabasco Morelos
Michoacán Guerrero Estado de
MéxicoYucatán
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Almidón8
Formado básicamente por polímeros de D-glucopiranosa unidos a través de enlaces glucosídicos α (1, 4) y α (1,6).
Amilosa y amilopectina.
Las diferencias estructurales entre estos contribuyen a diferencias significativas en las propiedades del almidón y su funcionalidad.
(Thomas & Atwell, 1999; Mathews & col., 2002; Peñaranda & col., 2008)
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Almidón9
Se diferencia de todos los demás carbohidratos debido a que en la naturaleza se presenta en gránulos.
Estos tiene una naturaleza parcialmente cristalina.
Estas estructuras cristalinas se distinguen por su patrón de difracción de rayos X que puede ser alguno de estos tipos: A, B ó C. (Betancur, 2001)
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Clasificación de los almidones en base a su digestibilidad10
Clasificación
Tipo Digestión en ID
Fuente
Almidón Digerible
Rápida digestibilidad Completa Pan y Papa cocida.
Baja Digestibilidad Lenta pero completa
Cereales crudos.
Almidón Resistente
AR1: Físicamente inaccesible
Lenta y parcial
Semillas y granos enteros o parcialmente molidos.
AR2: Gránulos Resistentes
Lenta y parcial
Almidón de maíz alto en amilosa, las papas crudas y los plátanos verdes.
AR3: Almidón Retrogradado
Parcial o Totalmente resistente
Alimentos tratados con calor húmedo y enfriados. Ej. Pan, hojuelas de maíz y las papas cocidas frías.
AR4: Almidón químicamente modificado
Parcial o Totalmente resistente
Tratados por piroconversión, entrecruzamiento, entre otros. Han sido utilizados en la elaboración de panes, pasteles, etc.
(Gray, 2006; Sajilata & col., 2006; Nugent, 2005)
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Almidón de Yuca11
Es la segunda fuente de almidón en el mundo, sus raíces contienen más de 30 %.
Menor proporción de amilosa (17%). Sus gránulos son redondos con terminales
truncados, su tamaño varía entre 5-35 μm.
(Dufour & col., 1998; Aristizabal & col., 2007; FAO & IFAD, 2000; Ceballos & De la Cruz, 2002; Santacruz & Ruales, 1998)
Composición Proximal Gránulo de
Almidón de Yuca
Humedad 7.4 %
Cenizas 0.35 %
Extracto
etéreo
0.1 %
Proteína 0.15%
Carbohidratos 92 %
Características funcionales
Temperatura de gelatinización relativamente baja (62-73 °C)
Alta viscosidad
Resistencia a congelar
Tendencia baja a la retrogradación
Gel de mayor claridad y estabilidad
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Almidones Modificados 12
Los almidones modificados son aditivos e ingredientes funcionales, útiles y abundantes en los alimentos procesados.
Surgen debido a que los almidones nativos suelen presentar ciertas limitaciones para su uso industrial.
Los gránulos de almidón son tratados química, física y bioquímicamente.
(FAO, 1998 ; Fennema, 2010)
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Piroconversión o Pirodextrinización
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Degradación de almidones en estado seco por la acción de calor o combinación de calor con ácidos u otros catalizadores.
Enlaces glucosídicos como los β (1,2) y β (1,3) son formados.
Orozco y Betancur (2004) realizaron la pirodextrinización de almidón nativo de Phaseolus lunatus.
(Wurzburg, 1986; Wang & col., 2001)
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Hidrólisis Enzimática
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Se realiza mediante un ataque rápido del almidón por la enzima α-amilasa bajo condiciones específicas.
Maltodextrinas
Sus equivalentes de dextrosa
son menores a 20.
(Kulp, 1975; Thomas & Atwell, 1999)
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Maltodextrinas Enzimáticamente Resistentes15
Zumárraga (2005) reportó un incremento de la cantidad de almidón resistente al elaborar MER.
(Prosky & Mc cleary, 2001).
CARACTERÍSTICAS
Son compuestos de bajo peso molecular.
No endulzantes
Baja viscosidad y alta solubilidad
Soluciones muy claras y estables
Resisten altas temperaturas
Contienen uniones β (1,2), β (1,3) y levoglucosonas.
Livesey y Tagami (2009) las MER son capaces de atenuar la respuesta glicémica a alimentos ricos en carbohidratos.
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Justificación de la investigación
Piroconversión e hidrólisis enzimática = Maltodextrinas enzimáticamente resistentes (MER).
MER= Baja viscosidad , forman soluciones muy claras y estables, resisten altas temperaturas, baja digestibilidad, bajo aporte calórico y propiedades fisiológicas similares a las de la fibra dietética.
Fuente de fibra no convencional.
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Justificación de la investigación
Excelente fuente de almidón.
Proceso de obtención es más sencillo y presentan mayor contenido de almidón indigerible.
Amplia disponibilidad en el mercado.
Cultivo muy flexible.
¿Por qué usar la Yuca como fuente de almidón?
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Justificación de la investigación
Modificaciones= permitirían aumentar las aplicaciones del cultivo así como su rentabilidad y demanda.
Se da en la región de la Península de Yucatán.
Promover su reposicionamiento en el estado y favorecer a los pequeños productores.
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Objetivo General
Evaluar las propiedades fisicoquímicas y nutrimentales de las pirodextrinas y maltodextrinas enzimáticamente resistentes (MER) obtenidas por piroconversión e hidrólisis enzimática de almidón de yuca (Manihot esculenta) e incorporación de las MER en la formulación de pan blanco.
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Objetivos Específicos
Evaluar el efecto de los principales factores que inciden en la reacción de pirodextrinización sobre el contenido de almidón indigerible.
Evaluar el efecto de la relación enzima-sustrato y tiempo de hidrólisis enzimática del almidón nativo para la obtención de maltodextrinas enzimáticamente resistentes.
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Objetivos Específicos
Evaluar los cambios en las propiedades nutrimentales y funcionales de las pirodextrinas y maltodextrinas enzimáticamente resistentes.
Determinar el índice glicémico in vivo de las maltodextrinas enzimáticamente resistentes.
Incorporar las maltodextrinas enzimáticamente resistentes en la formulación de pan blanco y realizar su evaluación sensorial.
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METODOLOGÍA
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Caracterización NutrimentalAlmidón TotalAlmidón DisponibleAlmidón Indigerible
Propiedades FuncionalesGelatinizaciónSolubilidadPoder de HinchamientoViscosidadAbsorción de agua
Elección del mejor tratamiento en base a los ED más bajos
Evaluación del Índice Glicémico in vivo
Incorporación de las MER1 en la formulación de pan blanco
Evaluación Sensorial del Producto
Caracterización FísicaColor
Hidrólisis enzimática para obtención de MER1
Caracterización NutrimentalAlmidón TotalAlmidón DisponibleAlmidón Indigerible
Pirodextrinización
Elección del mejor tratamiento en base al mayor contenido de almidón indigerible
Obtención de la Materia Prima
Propiedades FuncionalesGelatinizaciónSolubilidadPoder de HinchamientoViscosidadAbsorción de agua
Extracción del almidón nativo de Manihot esculenta
Determinación de Equivalentes de Dextrosa
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Obtención de la Materia Prima
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Se usarán ejemplares frescos de yuca (Manihot esculenta) para la extracción del almidón, estos serán adquiridos en ejidos productores del estado de Yucatán.
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Extracción de almidón nativo de Manihot esculenta24
Pelado y cortado de las raíces
Lavado y centrifugado
Remojo en solución de bisulfito de sodio
Filtrado
Solución de bisulfito de sodio
Secado y Molienda
Molienda
Almacenamiento
Sedimentación y Sifoneo
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Pirodextrinización o Piroconversión
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La piroconversión del almidón se realizará de acuerdo a un diseño factorial 23 con 4 réplicas del tratamiento central.
Variable respuesta = Almidón indigerible. Tratamient
oRelación
almidón/HClTemperatura (°C) Tiempo(h)
1 80:1 90 1
2 80:1 110 1
3 160:1 90 1
4 160:1 110 1
5 80:1 90 3
6 80:1 110 3
7 160:1 90 3
8 160:1 110 3
9 120:1 100 2
10 120:1 100 2
11 120:1 100 2
12 120:1 100 2
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Pirodextrinización o Piroconversión
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El experimento se realizará de acuerdo al método Laurentin y col. (1996).
Pesado del almidón nativo seco (15g)
Se deja reaccionar por 16 h
Adición del HCl 2.2 M
Secado en horno de convección (°C y h)
Pirodextrinas
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Hidrólisis Enzimática27
Se usará un diseño factorial 22 con 4 réplicas del tratamiento central.
Variable respuesta = ED.
TratamientoConcentración de enzima α-
amilasa (v/v)Tiempo de reacción
1 0.1 % 10 min
2 0.1 % 30 min
3 0.05 % 10 min
4 0.05 % 30 min
5 0.75 % 20 min
6 0.75 % 20 min
7 0.75 % 20 min
8 0.75 % 20 min
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Hidrólisis Enzimática28
Se realizará de acuerdo a la patente N°5, 620, 873 de la United Status Patent (1997), utilizando la enzima α-amilasa.
Determinación de Equivalentes de Dextrosa : Se realizará de acuerdo al método establecido por Miller (1959).
Hidratación del almidón pirodextrinizado al 30 % p/v
Acción enzimática a 95 °C (% y min)
Inactivación de la enzima a 120 ° C por 15 min
Liofilización (48 h a -42°C)
MER
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Caracterización Nutrimental
29
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Caracterización Física30
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Propiedades Funcionales31
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Evaluación del Índice Glicémico in vivo
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10 individuos sanos
10 individuos diabéticos
tipo 2 (controlados)
Se le tomará una muestra de sangre periférica = nivel de glucosa
en ayunas (t0).
50 g de MER
Después de 30 min de la ingestión se tomará la segunda muestra de sangre (t30) y se repetirá a los 45, 60, 90, 120 y 180 min.
Cuantificación de la glucosa plasmática
IG de las MERIG de las MER
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Incorporación de MER en la elaboración de Pan Blanco
33
El pan blanco será elaborado de acuerdo a la receta de Palomo (2011).
Ingredientes Control(0% MER)
Tratamiento 1(50 % MER)
Tratamiento 2(100 % MER)
Masa madre 50 g 50 g 50 g
Harina 500 g 500 g 500 g
Sal 5 g 5 g 5 g
Mejorante para pan 5 g 5 g 5 g
Azúcar 50 g 25 g 0 g
MER 0 g 25 g 50 g
Aceite 50 ml 50 ml 50 ml
Agua 300 ml 300 ml 300 ml
Levadura seca 7.5 g 7.5 g 7.5 g
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Evaluación Sensorial34
Panel de 80 jueces no entrenados, los cuales señalarán el nivel de agrado o desagrado.
Escala hedónica estructurada de siete puntos descriptores.
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Análisis Estadístico35
Los datos obtenidos serán procesados mediante estadística descriptiva.
Resultados de los tratamientos de piroconversión, de hidrólisis enzimática y la evaluación sensorial
Análisis de varianza a un nivel de significancia del 5%. Prueba de Duncan. Análisis de regresión (Statgraphics plus 5.1)
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Cronograma de actividades
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37
GRACIAS…