La gente a menudo se refiere al almidón de los piensos como «gelatinizado» durante la extrusión. Nosotros argumentamos que esto es falso. Si no entendemos las diferentes formas en que los almidones pueden ser cocinados, entonces malinterpretamos aspectos fundamentales de nuestro alimento y su rendimiento.
Comencemos por explicar la definición de almidón. En el estado crudo (o nativo), el almidón existe como una partícula distinta (o gránulo) dentro de la estructura celular de la materia prima. El almidón nativo existe en dos formas diferentes. Se encuentra como Amilosa o Amilopectina. Ambos están formados por cadenas de «unidades de glucosa», la amilosa como cadenas lineales, la amilopectina tiene una estructura ramificada. Los azúcares también están compuestos de unidades de glucosa, pero mientras que una molécula de almidón puede contener de cientos a cientos de miles de unidades de glucosa, los azúcares contienen sólo unas pocas unidades de glucosa (más adelante explicaremos por qué esto es significativo).
El proceso de gelatinización del almidón
Si el almidón crudo se coloca en una cantidad excesiva de agua (> 60% de agua), a baja temperatura (≈ 20oC), absorberá una pequeña cantidad de agua y se hinchará ligeramente. Esto se conoce como la etapa de hinchazón. Si los gránulos se sacaran del agua, podrían secarse de nuevo a su estado original. La adición de calor con el exceso de agua causa una hinchazón adicional. A medida que entra más agua caliente en el gránulo, la estructura del almidón se interrumpe, y la amilosa comienza a difundirse fuera del gránulo. El gránulo se rompe y los gránulos colapsados ahora contienen mayormente amilopectina, sostenida en una matriz de amilosa formando un gel circundante. Este proceso se llama gelatinización. Típicamente toma de 5 a 10 minutos (dependiendo de la fuente de almidón, el tamaño de las partículas, la cantidad de agua y la temperatura). Una vez gelatinizado, el almidón ya no puede volver al estado granular. Puede ser pulverizado y secado, pero todavía carece de las propiedades del almidón granular original. Ahora es soluble en agua. El mecanismo de la gelatinización del almidón se muestra esquemáticamente en la figura 1.
Figura 1 – La gelatinización del almidón en el exceso de agua.
El proceso de cocción por extrusión
El 60% es el típico contenido mínimo de humedad para la gelatinización del almidón. Los procesos de extrusión de alimentos se llevan a cabo generalmente con un contenido de humedad inferior al 35% en el barril de la extrusora. Esto no es suficiente agua para permitir que los gránulos de almidón se hinchen y gelatinicen. El tiempo de permanencia en la extrusora es generalmente del orden de 20 a 40 segundos, lo que no se acerca al tiempo típicamente requerido para la gelatinización. Dado el bajo nivel de humedad y el corto tiempo de proceso, los productos preparados mediante la cocción por extrusión no pueden gelatinizarse, sino que simplemente deben describirse como «cocinados». En la extrusora, los gránulos de almidón se rompen mediante una combinación de humedad, calor, presión y, lo que es más importante, cizallamiento mecánico. El importante papel del cizallamiento se presenta esquemáticamente en la figura 2. El perfil de velocidad desarrollado dentro de la masa fundida (debido al movimiento relativo del tornillo giratorio y el barril estacionario) da como resultado el estiramiento de la masa fundida. Es el esfuerzo de cizallamiento desarrollado dentro de la masa fundida, debido a su viscosidad efectiva a la velocidad de cizallamiento predominante, el que es responsable de la transformación molecular del almidón. Si la magnitud y la duración del cizallamiento (es decir, la tensión) son suficientes, se producirá una alineación molecular y una fragmentación de la tensión. Las moléculas de almidón se rompen en cadenas más cortas de unidades de glucosa – llamadas dextrinas – se produce la dextrinización.
Figura 2 – El papel de la cizalla en la cocina de extrusión.
Vías de cocción del almidón
Los diferentes niveles de temperatura, humedad y velocidad de cizallamiento en los procesos de cocción conducen a una serie de vías de cocción (Figura 3). El perfil de peso molecular del fundido que se forma se verá directamente afectado, debido a la fragmentación (dextrinización) de las moléculas, lo que conduce a diferentes propiedades del producto. Estas diferencias son discernibles tanto en el rendimiento del alimento como en las mediciones de laboratorio. Wang y otros (2) y (3) investigaron la cocción del almidón ceroso de maíz en un rango de contenidos de humedad, estudiado con un Calorímetro de Barrido Diferencial (DSC). Se midió la temperatura máxima de fusión, Tp, en cada condición (Figura 4). Los resultados indicaron que el punto de fusión se redujo de 243oC (a 0% de humedad añadida) a 71oC (a >60% de humedad). Concluyeron que la conversión del almidón (a w 60% de humedad la conversión se debió únicamente a la gelatinización. Uno de los autores (Forte) informó sobre la relación gelatina-mel, o el % de conversión, en almidón de trigo a través de cada régimen (Figura 4, gráfico de la derecha).
Figura 3 – Vías para el proceso de cocción (de Whalen, 1997). Obsérvese que el perfil final de peso molecular variará dependiendo de la vía.
Pero, ¿importa esto en la alimentación?
Tenga en cuenta que el cizallamiento promueve la dextrinización. A medida que se reduce la longitud de la cadena (peso molecular) de las dextrinas, éstas se acercan más a los azúcares y son más solubles en agua que el almidón intacto. El grado de «descomposición» depende de la cepa aplicada, a menudo medida a través de la Energía Mecánica Específica (SME). En los alimentos para animales, un exceso de dextrinación afecta a la digestibilidad de los productos, lo que da lugar a heces sueltas/diarrea. En los alimentos para acuicultura, donde la estabilidad del agua es una propiedad fundamental, un exceso de dextrinación da lugar a la descomposición temprana del alimento en agua. Obsérvese que la dextrinización no siempre es mala, en los alimentos para animales, la cizalla insuficiente (SME) puede dar lugar a un exceso de almidón (y proteína) residual y no cocido. En un bocadillo expandido directo para el consumo humano, es deseable un alto grado de dextrinización, ya que permite que el bocadillo se descomponga inmediatamente cuando se come, proporcionando una característica de «derretimiento en la boca».
Figura 4 – (arriba) Pico de temperatura de fusión (vía DSC) versus contenido de agua para el almidón de maíz ceroso (abajo) % de conversión versus contenido de humedad para el almidón de trigo.
Conclusión
A menudo, la transformación de los componentes de los piensos a base de almidón se describe simplemente como «gelatinización». Hemos demostrado que esto simplifica en exceso lo que sucede con nuestros alimentos durante la extrusión, a menos que nos demos cuenta de que la extrusión proporciona un tipo diferente de «cocción», no comprenderemos los cambios en los parámetros críticos del alimento como la digestibilidad, la estabilidad del agua y la relación de conversión del alimento (FCR). Obsérvese que efectos similares también se aplican a los componentes proteínicos del alimento. Los procesos de extrusión no funcionan con suficiente humedad, o no proporcionan suficiente tiempo, para una verdadera gelatinización. No se refiere a la gelatinización en la extrusión. En cambio, reconozca que las condiciones (temperatura, humedad, tiempo y cizallamiento) en la extrusión proporcionan un tipo diferente de «cocción», y el control efectivo de esto es crítico para la calidad del alimento.
Las referencias están disponibles a petición.
* Los autores presentan un curso corto sobre la tecnología de extrusión de alimentos acuáticos en el FôrTek (Centro de Tecnología de Alimentos) en Noruega, del 23 al 25 de abril de 2018. También se organizarán más cursos en otras regiones más adelante en el año. Puede encontrar más información aquí.
