Understanding the effect of freezing on starch microstructural changes during heating at high rates.
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Date
2014
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Abstract
La congelación es un método tradicional de preservación de alimentos, pero la congelación previa al calentamiento podría afectar el desarrollo de una microestructura deseada durante la cocción de alimentos amiláceos. De hecho, la gelatinización de almidón, una transformación crítica durante el calentamiento que juega un rol fundamental en la formación de estructura y está asociada a atributos de calidad, podría verse afectada. Debido a su importancia, no hay estudios a escala microscópica sobre el efecto de la congelación en la gelatinización de almidón nativo durante el calentamiento. La hipótesis de esta investigación es que a través de la miniaturización de procesos es posible entender el efecto de la congelación y el efecto de la accesibilidad de agua en la gelatinización de almidón, con el fin de mejorar nuestro conocimiento sobre el efecto de estos factores claves en los cambios microestructurales de almidón. Se espera observar y determinar un retraso en la gelatinización de almidón debido a la congelación. El objetivo principal fue estudiar el efecto de la congelación, junto con el efecto de la accesibilidad de agua, en los cambios microestructurales de almidón durante el calentamiento, a través de la miniaturización de procesos usando video-microscopía con luz polarizada y calorimetría diferencial de barrido.
Para llevar a cabo lo anterior, muestras de almidón nativo en agua, gel de carragenina o solución de sacarosa fueron, o bien directamente calentadas a 15°C/min, o congeladas durante 48 horas, descongeladas y luego calentadas a la misma tasa. Los cambios microestructurales fueron seguidos con una platina térmica adaptada a un microscopio con luz polarizada, y los cambios energéticos fueron monitoreados con calorimetría diferencial de barrido. Además, la morfología de los gránulos fue analizada usando microscopía electrónica de barrido y microscopía de fuerza atómica. Los resultados indican que la congelación reduce el grado de gelatinización, lo que fue atribuido a un incremento en la cristalinidad del gránulo. Además, una restricción en la accesibilidad de agua produjo una reducción en el grado de gelatinización (DG(%) agua-almidón-sacarosa < DG(%) agua-almidón-carragenina < DG(%) agua-almidón) y un aumento en la entalpía de gelatinización (ΔH agua-almidón-sacarosa > ΔH agua-almidón-carragenina > ΔH agua-almidón). Esto fue atribuido a la presencia de grupos hidroxilos en las moléculas de carragenina y sacarosa. El enfoque microestructural del proceso de gelatinización nos permitió entender lo que ocurre con gránulos de almidón cuando fueron sometidos a un proceso previo de congelación en sistemas con diferente disponibilidad de agua. Esto contribuye a tener una mejor compresión sobre el efecto de congelación-calentamiento en la macro-escala, es decir, en alimentos amiláceos sometidos a procesos de calentamiento que ocurren a altas tasas de transferencia de calor.La congelación es un método tradicional de preservación de alimentos, pero la congelación previa al calentamiento podría afectar el desarrollo de una microestructura deseada durante la cocción de alimentos amiláceos. De hecho, la gelatinización de almidón, una transformación crítica durante el calentamiento que juega un rol fundamental en la formación de estructura y está asociada a atributos de calidad, podría verse afectada. Debido a su importancia, no hay estudios a escala microscópica sobre el efecto de la congelación en la gelatinización de almidón nativo durante el calentamiento. La hipótesis de esta investigación es que a través de la miniaturización de procesos es posible entender el efecto de la congelación y el efecto de la accesibilidad de agua en la gelatinización de almidón, con el fin de mejorar nuestro conocimiento sobre el efecto de estos factores claves en los cambios microestructurales de almidón. Se espera observar y determinar un retraso en la gelatinización de almidón debido a la congelación. El objetivo principal fue estudiar el efecto de la congelación, junto con el efecto de la accesibilidad de agua, en los cambios microestructurales de almidón durante el calentamiento, a través de la miniaturización de procesos usando video-microscopía con luz polarizada y calorimetría diferencial de barrido.
Para llevar a cabo lo anterior, muestras de almidón nativo en agua, gel de carragenina o solución de sacarosa fueron, o bien directamente calentadas a 15°C/min, o congeladas durante 48 horas, descongeladas y luego calentadas a la misma tasa. Los cambios microestructurales fueron seguidos con una platina térmica adaptada a un microscopio con luz polarizada, y los cambios energéticos fueron monitoreados con calorimetría diferencial de barrido. Además, la morfología de los gránulos fue analizada usando microscopía electrónica de barrido y microscopía de fuerza atómica. Los resultados indican que la congelación reduce el grado de gelatinización, lo que fue atribuido a un incremento en la cristalinidad del gránulo. Además, una restricción en la accesibilidad de agua produjo una reducción en el grado de gelatinización (DG(%) agua-almidón-sacarosa < DG(%) agua-almidón-carragenina < DG(%) agua-almidón) y un aumento en la entalpía de gelatinización (ΔH agua-almidón-sacarosa > ΔH agua-almidón-carragenina > ΔH agua-almidón). Esto fue atribuido a la presencia de grupos hidroxilos en las moléculas de carragenina y sacarosa. El enfoque microestructural del proceso de gelatinización nos permitió entender lo que ocurre con gránulos de almidón cuando fueron sometidos a un proceso previo de congelación en sistemas con diferente disponibilidad de agua. Esto contribuye a tener una mejor compresión sobre el efecto de congelación-calentamiento en la macro-escala, es decir, en alimentos amiláceos sometidos a procesos de calentamiento que ocurren a altas tasas de transferencia de calor.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2014