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El almidón

23 marzo, 2018

El almidón
De los distintos componentes que forman la harina de trigo, el almidón y la proteína son los de mayor presencia y los que inciden fundamentalmente en el desarrollo y comportamiento de la masa, en la actividad fermentativa, en la formación del producto final y en la conservación de este. Ya en otra ocasión estuvimos describiendo la composición y funcionalidad de la proteína de la harina de trigo. Esta vez trataremos del almidón, un componente mayoritario de la harina con distintas funcionalidades y efectos en la reología de la masa, en el proceso fermentativo y en el producto acabado.

Composición química
En cuanto a la composición química, el almidón es el mayor polisacárido de reserva de los cereales. En la harina representa entre el 70 % y el 75 % y está constituido por dos fracciones de polímeros de unidades de glucosa. La fracción de amilosa constituye el 23 % del almidón y es un polímero lineal de D-glucopiranosas unidas mediante enlaces O-glicosídicos α(1-4). Estas cadenas de amilosa pueden contener entre 2000 y 2500 unidades con un peso molecular en el rango de 100000 Da. Este enlace glicosídico promueve la formación de una estructura secundaria en forma de hélice, donde la parte interior solo contiene átomos de hidrógeno, mientras que la parte exterior contiene grupos hidroxilo (R-OH). Podemos aprovechar esta circunstancia de conformación química para detectar la presencia de almidón, en este caso la fracción de amilosa, mediante la adición de moléculas de yodo; se sitúan en el interior de la estructura helicoidal y se observa una coloración azul intensa.

La fracción de amilopectina representa el 73 % del almidón, es un polímero lineal de D-glucopiranosas unidas mediante enlaces O-glicosídicos α(1-4), pero además presenta ramificaciones o bifurcaciones cada 25-30 unidades mediante enlaces O-glicosídicos α(1-6). Estas ramificaciones pueden contener entre 2000 y 200000 unidades de glucosa con un peso molecular estimado de 2000000 Da. El almidón se encuentra agrupado por dos tipos de gránulos de distinto tamaño y forma ovoide. Estos gránulos están compuestos de una zona central amorfa (hilum) rodeada de anillos semicristalinos concéntricos alternados con zonas amorfas. Esta parte central (hilum) está compuesta principalmente de cadenas de amilosa y amilopectina desordenadas.

Almidón nativo y almidón dañado: impacto en la absorción y la actividad enzimática
El almidón representa el 69 % de la harina de trigo. Se presenta en dos formas, almidón nativo o intacto y almidón dañado. El nativo (57 %) es el que más contribuye a la absorción de la harina, puesto que es el componente mayoritario. El almidón dañado (8 %) se obtiene durante la molienda del trigo, en la que la fracción de harina va reduciendo su tamaño mediante la presión que ejercen los molinos. Esto genera una fractura en el gránulo que permite que el agua acceda al interior de este en las zonas amorfas. Como podemos ver en la tabla 1, el almidón dañado puede absorber 2 veces su propio peso y 5 veces más que el almidón nativo, por tanto, tiene una gran implicación en cuanto a su capacidad de absorber agua.
El almidón dañado está directamente relacionado con la textura o, mejor dicho, la friabilidad del grano, por lo que es lógico pensar que las variedades de trigo con más carácter vítreo tendrán un porcentaje de almidón dañado mayor, y viceversa. Como podemos ver en la tabla 1, el almidón dañado, con una presencia (8 %) mucho menor al almidón nativo (57 %), tiene un gran impacto en la absorción (16 %) en comparación con el nativo (22,8 %). El almidón dañado no solo tiene implicaciones en cuanto a la absorción de agua, sino que también tiene una relación directa con la actividad fermentativa de la masa. La harina de trigo dispone de una cierta cantidad (2-3 %) de azúcares simples (glucosa) que son directamente asimilables por la levadura. Una vez consumidos estos azúcares, la fermentación se paralizaría, pero, como disponemos de una fuente inacabable de azúcares como el almidón, la acción combinada de la α-amilasa y la β-amilasa presentes en la harina de trigo pueden hidrolizar 1 el almidón dañado y el almidón gelatinizado, del cual hablaremos más adelante. Esta hidrólisis implica la liberación de fragmentos de cadenas de glucosa de menor tamaño (oligosacáridos) que, junto a la acción de las b- amilasas, puede hacer que se formen moléculas de maltosa (dos unidades de glucosa) que pueden ser asimiladas por la levadura para producir dióxido de carbono y etanol.

Por tanto, cuanto mayor sea la cantidad de almidón dañado, mayor será la cantidad de azúcares disponibles para la levadura y la fermentación será mantenida en el tiempo. Ahora bien, un exceso de almidón dañado implica también una liberación de agua (hidrólisis) al medio, lo que puede ocasionar problemas de pegajosidad. Hay una relación directa entre el contenido en almidón dañado y el color del pan, es decir, cuanto mayor es el contenido en almidón dañado, mayor coloración tendrá el pan, puesto que hay más hidrólisis y formación de azúcares para la etapa final de cocción a través de la reacción de Maillard.

Gelatinización y retrogradación del almidón: impacto en la fijación del
pan y la textura de la miga
Gelatinización. El almidón no es soluble en agua debido a su estructura altamente organizada (cristalina); sin embargo, cuando calentamos una suspensión de almidón y agua, los gránulos de almidón de las zonas amorfas empiezan a absorber agua e hincharse y cambian significativamente la estructura del gránulo, que empieza a gelatinizarse. A medida que progresa la temperatura, se incrementan la vibración y la movilidad molecular de los polímeros de almidón, se produce la rotura de enlaces intermoleculares y aumenta aún más la capacidad de absorber agua, pues se liberan zonas no disponibles hasta el momento. Dicha hinchazón provoca una disminución del tamaño y el número de regiones cristalinas, así como un exudado de amilosa. La gelatinización del almidón significa un aumento de la viscosidad de la fase continua de la masa. Esta gelatinización final se traduce en la fijación de la miga, lo que significa que la expansión de la masa se paraliza, y se fija el volumen final. Podría pensarse que un almidón con una alta temperatura de gelatinización conduciría a una expansión prolongada en el tiempo de cocción antes de la fijación de la miga, pero hay otros condicionantes que hacen que esto no sea así.
La temperatura a la cual empiezan a hincharse los gránulos depende del tipo cereal del que proceda el almidón. Esta temperatura, con la que se inicia la gelatinización del almidón, se denomina temperatura de gelatinización; se produce durante el horneado del producto panario y, para el caso del trigo, es entre 56 °C y 60 °C. Como se ha mencionado antes, la α-amilasa puede en este momento disponer de otro sustrato para hidrolizar distinto del almidón dañado, en este caso el almidón gelatinizado. Este está disponible en los primeros instantes de la cocción.

Retrogradación y envejecimiento del pan
Al disminuir la temperatura del almidón gelatinizado se forma un gel que se torna rígido por la eliminación de agua, y por la reorganización de las cadenas de amilosa y amilopectina a un estado cristalino: es lo que denominamos retrogradación. La retrogradación es un proceso en el cual las moléculas de almidón gelatinizadas se reasocian para formar una estructura cristalina de doble hélice. La retrogradación del almidón la observamos durante el almacenamiento del producto panario; la dureza de la miga aumenta, mientras que la elasticidad de la miga y su cohesividad disminuyen. Este envejecimiento se debe a distintos factores.

Causas del envejecimiento del pan: redistribución de agua y retrogradación
Una de las causas del envejecimiento del pan es la redistribución y pérdida de agua de la miga y/o de la corteza. Así, si la humedad del aire ambiente es inferior a la actividad de agua del pan, habrá una migración de humedad del interior del pan hacia el exterior; por el contrario, si la humedad es superior, el pan adquirirá humedad. Esta es una constatación práctica no solo en el pan, sino también cuando hablamos de masas sometidas a unas condiciones de fermentación con humedades superiores o inferiores a la humedad de la masa.
En cuanto a la miga del pan, siempre hay una migración de la humedad de esta hacia la corteza, puesto que esta siempre tiene una actividad de agua menor, lo que provoca que se torne blanda y gomosa. Por tanto, es difícil mantener en el tiempo una corteza crujiente, ya que la actividad de agua compite y habría que ver de qué medios –en cuanto a proceso y/o ingredientes– disponemos para retrasar la pérdida de humedad de la miga o mantener dicha humedad el máximo tiempo posible.
Otra causa por la que a medida que se prolonga el almacenamiento del pan este se envejece es la retrogradación del almidón, en el cual el gluten se transforma y libera agua que es absorbida por el almidón a medida que retrograda.

Después del horneado, el pan se va endureciendo no solo por la pérdida de humedad, sino también porque se forman enlaces por puentes de hidrógeno entre los gránulos de almidón gelatinizado y la red de gluten, lo que provoca la rigidez de la estructura. Al calentar de nuevo el pan, estos enlaces por puentes de hidrógeno entre el almidón y el gluten se rompen y se recuperan momentáneamente la frescura y blandura del producto.

Cómo ralentizar la pérdida de frescura del pan o mantener la frescura del pan
En cuanto a aditivos o enzimas tenemos hidrocoloides, emulgentes, etcétera, que nos permiten disminuir o ralentizar la retrogradación del almidón. Así, por ejemplo, los hidrocoloides modifican los procesos de gelatinización y retrogradación del almidón por la competencia de estos por el agua, con lo que se observa un efecto positivo. Las amilasas son capaces de generar dextrinas de distinto tamaño molecular que interfieren en la retrogradación de la amilopectina y en las interacciones gluten-almidón. Sin embargo, no todos los tipos de amilasas son capaces de retrasar el envejecimiento del pan; solo las de termoestabilidad intermedia conocidas como maltogénicas tienen el efecto más beneficioso, puesto que generan dextrinas de tamaño molecular o grado de polimerización entre 3 y 7. Estas dextrinas interfieren en la formación de los puentes de hidrógeno entre el almidón y el gluten, y evitan la rigidez.
En cuanto a constituyentes de la harina de trigo, podemos considerar los pentosanos, hidratos de carbono distintos del almidón, como un ingrediente que tiene una cierta incidencia en la ralentización de la retrogradación. En este sentido, es bien conocida la capacidad de absorción de este tipo de hidrato de carbono (tabla 1), que, aunque tiene un bajo porcentaje de presencia en la harina (2 %), puede absorber 10 veces su propio peso. Los investigadores consideran que puede actuar como un “pozo” de agua molecular en la estructura de la miga y liberar el agua progresivamente, con lo que se mantiene la suavidad de miga durante más tiempo.
Otro constituyente importante es el gluten, del cual se han hecho muchos estudios que muestran una relación directa no lineal con una ralentización del envejecimiento del pan. Es decir, hay una relación inversa entre el contenido en proteína y el envejecimiento del pan durante el almacenamiento. De este modo, el pan hecho con harina de fuerza de gluten de calidad produjo pan de mayor volumen y con una velocidad de retrogradación menor que aquel hecho con harina más floja. Se postuló que las harinas de gluten de baja calidad interaccionaban con más intensidad con los gránulos de almidón, lo que indicaría una velocidad más rápida de endurecimiento. También se ha considerado como efecto antienvejecimiento la dilución que ejerce el gluten sobre el almidón.

 


Carlos Miralbés
Director técnico
Harinera La Meta

Nota: Romper el enlace glicosídico entre unidades de glucosa, pero solo el α(1-4) no el enlace α(1-6) de las ramificaciones
GLOSARIO
• Glucopiranosa: forma cíclica de la glucosa.
• Enlace O-glicosídico: es aquel mediante el cual un glúcido se une a otro glúcido, de modo que la unión de monosacáridos forman disacáridos o polisacáridos.
• α(1-4): el carbono C1 del primer monosacárido en posición a, se une al C4 del segundo monosacárido.
• α(1-6): el carbono C1 del primer monosacárido en posición a, se une al C6 del segundo monosacárido.
• Amorfo: estructura no ordenada.
• Cristalino: estructura ordenada.

 

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