El almidón como estabilizador de emulsiones

El almidón es un biopolímero ampliamente distribuido en el reino vegetal. Se encuentra en cereales como el maíz, el trigo y el arroz, tubérculos como la papa, la yuca y el camote, en leguminosas como el frijol y las habas, así como en frutas verdes o inmaduras como el plátano y el mango, y es ampliamente usado en la industria alimentaria como emulsificante y como espesante. Además de hallarse naturalmente en alimentos elaborados a partir de estos productos, como las tortillas y el pan,  el almidón se suele añadir para impartir su funcionalidad a aderezos para ensalada, embutidos, rellenos para pasteles, productos congelados, además de emplearse en excipientes para medicamentos y como encapsulador de sustancias que proporcionan sabores y colores. Su uso es amplio debido a que es más económico que otros espesantes como las gomas (arábiga, guar, xantana). Debido a la demanda que existe en el mercado, se buscan nuevas fuentes de almidón que permitan aprovechar recursos agrícolas  regionales. El desarrollo de diferentes tipos de almidones y sus derivados para aplicaciones específicas es un área industrial prioritaria que podría contribuir a la generación de empleos y a la reducción de importaciones.

La funcionalidad del almidón está relacionada con el tamaño de sus gránulos, ya que los de tamaño pequeño, como los de arroz, malanga y amaranto,  pueden absorber mucha agua por tener una gran área. Los pequeños gránulos del amaranto y de la málaga pueden formar agregados con pequeñas cavidades intersticiales que pueden alojar y transportar materiales como aceites esenciales y saborizantes, así como microorganismos.  Otra posible aplicación de almidones con gránulos pequeños es la  estabilización de emulsiones.

Existen muy pocas sustancias en la naturaleza con suficiente actividad superficialpara adsorberse en interfaces y generar estabilización estérica. La excepción es la goma arábica, la cual debe su actividad a restos de proteína que tiene en en su superficie.

Las propiedades químicas, fisicoquímicas y funcionales del almidón  pueden  mejorarse por medios químicos o físicos. Las modificaciones químicas del almidón para su uso en la industria incluyen tratamientos con ácido, blanqueado y oxidación para varíar la gelatinización de sus gránulos, disminuir su retrogradación (la reorganización del almidón durante su almacenamiento, responsable del endurecimiento de los productos, como las tortillas o el pan), incrementar su capacidad de retención de agua, cambiar su carácter hidrofílico (su afinidad al agua) e impartir propiedades hidrofóbicas (afinidad al aceite).

La esterificación química es un ataque nucleofílico del oxígeno de una molécula que contiene un grupo OH^– expuesto, en este caso de las moléculas de glucosa que componen el almidón. Un catalizador se encarga de aumentar la carga parcial positiva sobre el átomo de carbono por protonación de uno de los oxígenos del agente con el grupo carboxílico, dando como producto un enlace éster y una molécula de agua.

Generalmente, la esterificación reduce las asociaciones entre las moléculas del almidón, estabilizándolo y evitando la formación de geles que imparten una opacidad al producto. Los almidones esterificados o estabilizados no se  gelatinizan más que a bajas temperaturas,  presentan altas viscosidades y poca retrogradación, propiedades útiles en diversos productos.

La estabilización mediante anhídrido octenil succínico (OSA por sus siglas en inglés) es la única permitida para almidones empleados en alimentos. La modificación del almidón con OSA fue realizada por primera vez y patentada en 1953 por Caldwell, Hills y Wurzburg. El grado de sustitución permitido va de  0.01 a 0.03. La distribución de pesos moleculares de los almidones OSA varía en un intervalo amplio y está escasamente reportada en la literatura científica, por lo que es difícil comparar entre sí resultados de diferentes estudios. Estudiar la estructura molecular de los almidones OSA y relacionarla con su capacidad emulsificante, ayudará a avanzar en el conocimiento de estos almidones, y por lo tanto a obtener almidones con nuevas y mejores funcionalidades.

Cuando los gránulos de almidón OSA se disuelven en agua, migran a la interfase aire/agua formando una capa en la cual los grupos hidrófobos se orientan hacia el aire mientras que el resto del almidón se dispersa en el agua, cambiando así la tensión superficial. Por ello, los almidones OSA son utilizados como emulsificantes y estabilizantes en muchos productos alimenticios, cosméticos y farmacéuticos y en diferentes sistemas aceite-agua. En las fotografías se muestran algunas  emulsiones de uso común.

A pesar de que se ha postulado que la modificación se da principalmente en los puntos de ramificación de la amilopectina, una componente ramificada del almidón, actualmente se discute el papel de la amilosa, una componente mayormente lineal,  en las propiedades funcionales del almidón, sobre todo por la variación amplia que hay en la distribución de sus pesos moleculares y las ramificaciones presentes. En nuestro grupo de trabajo hemos estudiado el almidón de amaranto, que es del tipo ceroso (con aproximadamente 98% de amilopectina) y con tamaño de gránulo alrededor de 2-5 mm, así como el almidón de malanga, con un contenido de amilopectina de aproximadamente 75%, tamaño de gránulo promedio entre 1-5 mm y con un contenido de proteína residual (aproximadamente 7-8%), el cual le puede conferir mejores propiedades emulsificantes que las encontradas en los almidones OSA reportados.

Artículo publicado originalmente “El almidón como estabilizador de emulsiones” en el periódico Unión de Morelos por miembros de la Academia de Ciencias de Morelos A.C.