Almidón

El almidón o fécula es un carbohidrato polimérico que consta de numerosas unidades de glucosa unidas por enlaces glucosídicos. Este polisacárido es producido por la mayoría de las plantas verdes para el almacenamiento de energía. En todo el mundo, es el carbohidrato más común en la dieta humana y se encuentra en grandes cantidades en alimentos básicos como el trigo, las papas, el maíz, el arroz y la mandioca.

El almidón puro es un polvo blanco, insípido e inodoro que es insoluble en agua fría o alcohol. Se compone de dos tipos de moléculas: la amilosa lineal y helicoidal y la amilopectina ramificada. Dependiendo de la planta, el almidón generalmente contiene de 20 a 25 % de amilosa y de 75 a 80 % de amilopectina en peso. El glucógeno, la reserva de glucosa de los animales, es una versión más ramificada de la amilopectina.

En la industria, el almidón se convierte en azúcares, por ejemplo mediante el malteado, y se fermenta para producir etanol en la fabricación de cerveza, whisky y biocombustibles. Se procesa para producir muchos de los azúcares utilizados en los alimentos procesados. Mezclar la mayoría de los almidones en agua tibia produce una pasta, como la pasta de trigo, que se puede usar como agente espesante, endurecedor o adhesivo. El mayor uso industrial no alimentario del almidón es como adhesivo en el proceso de fabricación de papel. La solución de almidón se puede aplicar a ciertos productos textiles antes de plancharlos, para endurecerlos.

Etimología

La palabra "almidón" proviene de su raíz germánica con los significados "fuerte, rígido, fortalecer, endurecer". El alemán moderno Stärke (fuerza) está relacionado y se refiere durante siglos a la aplicación principal, el uso en textiles: hilo de apresto para tejer y almidonar lino. El término griego para almidón, "amylon" (ἄμυλον), que significa "no molido", también está relacionado. Proporciona la raíz amilo, que se utiliza como prefijo para varios compuestos de 5 carbonos relacionados o derivados del almidón (p. ej., alcohol amílico).

Historia

Se han identificado granos de almidón de los rizomas de Typha (totora, espadaña) como harina en piedras de moler en Europa que datan de hace 30.000 años. Se encontraron granos de almidón de sorgo en piedras de moler en cuevas en Ngalue, Mozambique, que datan de hace 100.000 años.

La pasta de almidón de trigo extraído puro se usaba en el Antiguo Egipto posiblemente para pegar papiro. La extracción de almidón se describe por primera vez en la Historia natural de Plinio el Viejo alrededor del 77-79 d.C. Los romanos lo usaban también en cremas cosméticas, para empolvar el cabello y para espesar salsas. Los persas y los indios lo usaban para hacer platos similares al halva de trigo gothumai. El almidón de arroz como tratamiento superficial del papel se ha utilizado en la producción de papel en China desde el año 700 EC.

Industria del almidón

Además de las plantas amiláceas que se consumen directamente, en 2008 se producían 66 millones de toneladas de almidón al año en todo el mundo. En 2011, la producción se incrementó a 73 millones de toneladas.

En la UE, la industria del almidón produjo alrededor de 11 millones de toneladas en 2011, de las cuales alrededor del 40 % se utilizó para aplicaciones industriales y el 60 % para usos alimentarios, la mayoría de estos últimos como jarabes de glucosa. En 2017, la producción de la UE fue de 11 millones de toneladas, de las cuales 9,4 millones de toneladas se consumieron en la UE y de las cuales el 54 % fueron edulcorantes de almidón.

EE. UU. produjo alrededor de 27,5 millones de toneladas de almidón en 2017, de las cuales alrededor de 8,2 millones de toneladas fueron jarabe de alta fructosa, 6,2 millones de toneladas fueron jarabes de glucosa y 2,5 millones de toneladas fueron productos de almidón. El resto del almidón se utilizó para producir etanol (1.600 millones de galones).

Almacén de energía de las plantas.

La mayoría de las plantas verdes almacenan energía en forma de almidón, que se empaqueta en gránulos semicristalinos. La glucosa extra se convierte en almidón, que es más complejo que la glucosa producida por las plantas. Las plantas jóvenes viven de esta energía almacenada en sus raíces, semillas y frutos hasta que pueden encontrar un suelo adecuado para crecer. Una excepción es la familia Asteraceae (ásteres, margaritas y girasoles), donde el almidón es reemplazado por el fructano inulina. Los fructanos similares a la inulina también están presentes en pastos como el trigo, las cebollas y el ajo, los plátanos y los espárragos.

En la fotosíntesis, las plantas usan la energía de la luz para producir glucosa a partir del dióxido de carbono. La glucosa se utiliza para generar la energía química necesaria para el metabolismo general, para fabricar compuestos orgánicos como ácidos nucleicos, lípidos, proteínas y polisacáridos estructurales como la celulosa, o se almacena en forma de gránulos de almidón, en amiloplastos. Hacia el final de la temporada de crecimiento, el almidón se acumula en las ramitas de los árboles cerca de los brotes. Las frutas, semillas, rizomas y tubérculos almacenan almidón para prepararse para la próxima temporada de crecimiento.

La glucosa es soluble en agua, hidrófila, se une al agua y luego ocupa mucho espacio y es osmóticamente activa; la glucosa en forma de almidón, por otro lado, no es soluble, por lo tanto osmóticamente inactiva y puede almacenarse de manera mucho más compacta. Los gránulos semicristalinos generalmente consisten en capas concéntricas de amilosa y amilopectina que pueden volverse biodisponibles según la demanda celular en la planta.

Las moléculas de glucosa están unidas en el almidón por los enlaces alfa fácilmente hidrolizados. El mismo tipo de enlace se encuentra en el glucógeno polisacárido de reserva animal. Esto contrasta con muchos polisacáridos estructurales como la quitina, la celulosa y el peptidoglicano, que están unidos por enlaces beta y son mucho más resistentes a la hidrólisis.

Biosíntesis

Las plantas producen almidón convirtiendo primero la glucosa 1-fosfato en ADP-glucosa utilizando la enzima glucosa-1-fosfato adenililtransferasa. Este paso requiere energía en forma de ATP. La enzima almidón sintasa luego agrega la ADP-glucosa a través de un enlace glucosídico 1,4-alfa a una cadena creciente de residuos de glucosa, liberando ADP y creando amilosa. Es casi seguro que la ADP-glucosa se agrega al extremo no reductor del polímero de amilosa, como la UDP-glucosa se agrega al extremo no reductor del glucógeno durante la síntesis de glucógeno.

La enzima ramificadora del almidón introduce enlaces glicosídicos 1,6-alfa entre las cadenas de amilosa, creando la amilopectina ramificada. La isoamilasa, enzima desramificadora del almidón, elimina algunas de estas ramificaciones. Existen varias isoformas de estas enzimas, lo que lleva a un proceso de síntesis muy complejo.

El glucógeno y la amilopectina tienen una estructura similar, pero el primero tiene aproximadamente un punto de ramificación por cada diez enlaces 1,4-alfa, en comparación con aproximadamente un punto de ramificación por cada treinta enlaces 1,4-alfa de la amilopectina. La amilopectina se sintetiza a partir de ADP-glucosa, mientras que los mamíferos y los hongos sintetizan glucógeno a partir de UDP-glucosa; en la mayoría de los casos, las bacterias sintetizan glucógeno a partir de ADP-glucosa (análogo al almidón).

Además de la síntesis de almidón en las plantas, el almidón se puede sintetizar a partir de almidón no alimentario mediado por un cóctel de enzimas. En este biosistema libre de células, la celulosa unida por enlaces beta-1,4-glucosídicos se hidroliza parcialmente a celobiosa. La celobiosa fosforilasa se escinde en glucosa 1-fosfato y glucosa; la otra enzima, la alfa-glucano fosforilasa de patata, puede agregar una unidad de glucosa de la glucosa 1-fosforilasa a los extremos no reductores del almidón. En él, el fosfato se recicla internamente. El otro producto, la glucosa, puede ser asimilado por una levadura. Este bioprocesamiento sin células no necesita ningún aporte químico ni energético costoso, se puede realizar en solución acuosa y no tiene pérdidas de azúcar.

Degradación

El almidón se sintetiza en las hojas de las plantas durante el día y se almacena en forma de gránulos; sirve como fuente de energía durante la noche. Las cadenas de almidón altamente ramificadas e insolubles deben fosforilarse para que sean accesibles para las enzimas degradantes. La enzima glucano, agua diquinasa (GWD) fosforila en la posición C-6 de una molécula de glucosa, cerca de las cadenas de enlaces de ramificación 1,6-alfa. Una segunda enzima, fosfoglucano, agua diquinasa (PWD) fosforila la molécula de glucosa en la posición C-3. Una pérdida de estas enzimas, por ejemplo una pérdida de GWD, conduce a un fenotipo de exceso de almidón (sexo), y debido a que el almidón no se puede fosforilar, se acumula en los plástidos.

Después de la fosforilación, la primera enzima degradante, la beta-amilasa (BAM), puede atacar la cadena de glucosa en su extremo no reductor. La maltosa se libera como principal producto de la degradación del almidón. Si la cadena de glucosa consta de tres o menos moléculas, BAM no puede liberar maltosa. Una segunda enzima, la enzima desproporcionada-1 (DPE1), combina dos moléculas de maltotriosa. De esta cadena se libera una molécula de glucosa. Ahora, BAM puede liberar otra molécula de maltosa de la cadena restante. Este ciclo se repite hasta que el almidón se degrada por completo. Si BAM se acerca al punto de ramificación fosforilado de la cadena de glucosa, ya no puede liberar maltosa. Para que la cadena fosforilada sea degradada se requiere la enzima isoamilasa (ISA).

Los productos de la degradación del almidón son predominantemente maltosa y pequeñas cantidades de glucosa. Estas moléculas se exportan desde el plástido al citosol, maltosa a través del transportador de maltosa, que si muta (mutante MEX1) da como resultado la acumulación de maltosa en el plástido. La glucosa se exporta a través del translocador de glucosa plastídico (pGlcT). Estos dos azúcares actúan como precursores de la síntesis de sacarosa. Luego, la sacarosa se puede usar en la ruta oxidativa de las pentosas fosfato en las mitocondrias, para generar ATP por la noche.

Propiedades

Estructura

Si bien se pensaba que la amilosa no estaba completamente ramificada, ahora se sabe que algunas de sus moléculas contienen algunos puntos de ramificación. La amilosa es una molécula mucho más pequeña que la amilopectina. Aproximadamente una cuarta parte de la masa de los gránulos de almidón en las plantas consiste en amilosa, aunque hay unas 150 veces más amilosa que moléculas de amilopectina.

Las moléculas de almidón se organizan en la planta en gránulos semicristalinos. Cada especie de planta tiene un tamaño granular de almidón único: el almidón de arroz es relativamente pequeño (alrededor de 2 μm), los almidones de papa tienen gránulos más grandes (hasta 100 μm) y el trigo y la tapioca están en el medio. A diferencia de otras fuentes botánicas de almidón, el almidón de trigo tiene una distribución de tamaño bimodal, con gránulos tanto más pequeños como más grandes que van desde 2 a 55 μm.

Algunas variedades de plantas cultivadas tienen almidón de amilopectina puro sin amilosa, conocidos como almidones cerosos. El más utilizado es el maíz ceroso, otros son el arroz glutinoso y la fécula de patata cerosa. Los almidones cerosos tienen menos retrogradación, lo que da como resultado una pasta más estable. El almidón con alto contenido de amilosa, amilomaíz, se cultiva por el uso de su fuerza de gel y para su uso como almidón resistente (un almidón que resiste la digestión) en productos alimenticios.

La amilosa sintética hecha de celulosa tiene un grado de polimerización bien controlado. Por lo tanto, puede usarse como un vehículo potencial para la administración de fármacos.

Disolución y gelatinización

Al ser calentado en abundante agua, los gránulos de almidón nativo se hinchan y estallan, se pierde la estructura semicristalina y las moléculas de amilosa más pequeñas comienzan a filtrarse fuera del gránulo, formando una red que retiene el agua y aumentando la viscosidad de la mezcla. Este proceso se llama gelatinización del almidón. La temperatura de gelatinización del almidón varía según la variedad de almidón, el contenido de amilosa/amilopectina y el contenido de agua. El almidón con agua podría experimentar transiciones multifásicas complejas durante el escaneo de temperatura de calorimetría diferencial de barrido (DSC). Para el almidón con exceso de agua, generalmente se puede observar una sola endotermia de gelatinización en el rango de temperatura baja (54–73 °C).Al reducir el contenido de agua (<64%) en el almidón, se pueden ver más transiciones endotérmicas que representan diferentes cambios estructurales porque se separan y se moverán a temperaturas más altas. Con un contenido de agua limitado, las fuerzas de hinchamiento serán mucho menos significativas, y el proceso de gelatinización en un ambiente con bajo contenido de humedad podría definirse con mayor precisión como la "fusión" del almidón. Además, el número de endotermas y entalpías dependía de la relación amilosa/amilopectina, y la entalpía de gelatinización del almidón rico en amilopectina era mayor que la del almidón rico en amilosa.Específicamente, los almidones de maíz normal y ceroso muestran una gran endotermia de gelatinización a aproximadamente 70 °C; para los almidones de maíz normales, también hubo una segunda endotermia a unos 90 °C, considerada como la transición de fase dentro de un complejo de amilosa-lípido; Por el contrario, para los almidones con alto contenido de amilosa (por ejemplo, Gelosa 50 y Gelosa 80), existe una endotermia muy amplia en el rango de temperatura entre 65 y 115 °C, que se compone de la principal endotermia de gelatinización y la transición de fase dentro de una amilosa –complejo lipídico.

Durante la cocción, el almidón se convierte en una pasta y aumenta aún más su viscosidad. Durante el enfriamiento o almacenamiento prolongado de la pasta, la estructura semicristalina se recupera parcialmente y la pasta de almidón se espesa, expulsando agua. Esto se debe principalmente a la retrogradación de la amilosa. Este proceso es responsable del endurecimiento o envejecimiento del pan, y de la capa de agua sobre un gel de almidón (sinéresis).

Ciertos almidones, cuando se mezclan con agua, producirán un fluido no newtoniano a veces apodado "oobleck".

El almidón también se puede disolver o gelificar en líquidos iónicos o soluciones de sal de cloruro metálico. La transición térmica del almidón está influenciada en gran medida por la proporción de líquido iónico/agua. El líquido iónico acuoso con una determinada proporción de líquido iónico/agua conduce a la desorganización estructural más efectiva de algunos almidones a una temperatura significativamente reducida (incluso a temperatura ambiente). Este fenómeno es muy diferente de la disolución de la celulosa, ya que esta última ocurre de manera más eficiente en líquidos iónicos puros y cualquier agua contenida en los líquidos iónicos dificultará significativamente la disolución.Se propone que para los almidones con poros en la superficie de los gránulos (por ejemplo, almidones de mijo, maíz ceroso, maíz normal y trigo), la corrosión por la IL acuosa sigue un patrón de adentro hacia afuera y la destrucción de los gránulos es rápida y uniforme, mientras que para los almidones con una superficie relativamente lisa (p. ej., almidones de maíz, papa, ñame morado y guisantes con alto contenido de amilosa), la corrosión solo puede comenzar desde la superficie y, por lo tanto, el cambio causado por la IL acuosa es lento. Además, el almidón, incluso el almidón con alto contenido de amilosa, se puede disolver por completo con sales acuosas de cloruro metálico (p. ej., ZnCl ₂, CaCl ₂ y MgCl ₂) a temperatura moderada (≤50 °C), y se pueden formar nanopartículas de almidón durante este proceso de disolución..

Hidrólisis

Las enzimas que descomponen o hidrolizan el almidón en los azúcares constituyentes se conocen como amilasas.

Las alfa-amilasas se encuentran en plantas y animales. La saliva humana es rica en amilasa y el páncreas también secreta la enzima. Los individuos de poblaciones con una dieta alta en almidón tienden a tener más genes de amilasa que aquellos con dietas bajas en almidón;

La beta-amilasa corta el almidón en unidades de maltosa. Este proceso es importante en la digestión del almidón y también se usa en la elaboración de cerveza, donde la amilasa de la piel de las semillas es responsable de convertir el almidón en maltosa (malteado, macerado).

Dado un calor de combustión de la glucosa de 2805 kilojulios por mol (670 kcal/mol) mientras que el del almidón es de 2835 kJ (678 kcal) por mol de monómero de glucosa, la hidrólisis libera alrededor de 30 kJ (7,2 kcal) por mol, o 166 J (40 cal) por gramo de producto de glucosa.

Dextrinización

Si el almidón se somete a calor seco, se descompone para formar dextrinas, también llamadas "pirodextrinas" en este contexto. Este proceso de descomposición se conoce como dextrinización. Las (piro)dextrinas son principalmente de color amarillo a marrón y la dextrinización es parcialmente responsable del dorado del pan tostado.

Pruebas químicas

Una solución de triyoduro (I ₃) formada mezclando yodo y yoduro (generalmente a partir de yoduro de potasio) se usa para probar el almidón; un color azul oscuro indica la presencia de almidón. Los detalles de esta reacción no se conocen por completo, pero un trabajo científico reciente que utiliza cristalografía de rayos X de cristal único y espectroscopia Raman comparativa sugiere que la estructura final de almidón-yodo es similar a una cadena infinita de poliyoduro como la que se encuentra en un complejo de pirroloperileno-yodo. La fuerza del color azul resultante depende de la cantidad de amilosa presente. Los almidones cerosos con poca o ninguna amilosa presente se colorearán de rojo. La prueba de Benedict y la prueba de Fehling también se realizan para indicar la presencia de almidón.

La solución indicadora de almidón que consta de agua, almidón y yoduro se usa a menudo en valoraciones redox: en presencia de un agente oxidante, la solución se vuelve azul, en presencia de un agente reductor, el color azul desaparece porque los iones triyoduro (I ₃) se descomponen en tres iones de yoduro, desmontando el complejo almidón-yodo. La solución de almidón se usó como indicador para visualizar la formación periódica y el consumo del intermedio triyoduro en la reacción oscilante de Briggs-Rauscher. El almidón, sin embargo, cambia la cinética de los pasos de reacción que involucran el ion triyoduro. Una solución al 0,3 % p/p es la concentración estándar para un indicador de almidón. Se elabora añadiendo 3 gramos de almidón soluble a 1 litro de agua caliente; la solución se enfría antes de su uso (el complejo de almidón-yodo se vuelve inestable a temperaturas superiores a 35 °C).

Cada especie de planta tiene un tipo único de gránulos de almidón en tamaño granular, forma y patrón de cristalización. Bajo el microscopio, los granos de almidón teñidos con yodo iluminados desde atrás con luz polarizada muestran un efecto distintivo de cruz de Malta (también conocido como cruz de extinción y birrefringencia).

Alimento

El almidón es el carbohidrato más común en la dieta humana y se encuentra en muchos alimentos básicos. Las principales fuentes de ingesta de almidón en todo el mundo son los cereales (arroz, trigo y maíz) y los tubérculos (papas y mandioca). Se cultivan muchos otros alimentos ricos en almidón, algunos solo en climas específicos, como bellotas, arrurruz, arracacha, plátanos, cebada, fruta del pan, trigo sarraceno, canna, colocasia, katakuri, kudzu, malanga, mijo, avena, oca, arrurruz polinesio, sagú, sorgo., batatas, centeno, taro, castañas, castañas de agua y ñame, y muchos tipos de frijoles, como habas, lentejas, frijol mungo, guisantes y garbanzos.

Antes de los alimentos procesados, las personas consumían grandes cantidades de plantas que contenían almidón sin cocer ni procesar, que contenían grandes cantidades de almidón resistente. Los microbios dentro del intestino grueso fermentan o consumen el almidón, produciendo ácidos grasos de cadena corta, que se utilizan como energía y apoyan el mantenimiento y crecimiento de los microbios. Al cocinar, el almidón se transforma de un gránulo insoluble y difícil de digerir en cadenas de glucosa fácilmente accesibles con propiedades nutricionales y funcionales muy diferentes.

En las dietas actuales, los alimentos altamente procesados ​​se digieren más fácilmente y liberan más glucosa en el intestino delgado: llega menos almidón al intestino grueso y el cuerpo absorbe más energía. Se cree que este cambio en el suministro de energía (como resultado de comer más alimentos procesados) puede ser uno de los factores que contribuyen al desarrollo de los trastornos metabólicos de la vida moderna, como la obesidad y la diabetes.

La relación amilosa/amilopectina, el peso molecular y la estructura molecular fina influyen en las propiedades fisicoquímicas y en la liberación de energía de los diferentes tipos de almidones. Además, cocinar y procesar los alimentos afecta significativamente la digestibilidad del almidón y la liberación de energía. El almidón se ha clasificado como almidón de digestión rápida, almidón de digestión lenta y almidón resistente, dependiendo de su perfil de digestión. Los gránulos de almidón crudo resisten la digestión de las enzimas humanas y no se descomponen en glucosa en el intestino delgado; en cambio, llegan al intestino grueso y funcionan como fibra dietética prebiótica.Cuando los gránulos de almidón están completamente gelatinizados y cocidos, el almidón se vuelve fácilmente digerible y libera glucosa rápidamente en el intestino delgado. Cuando los alimentos ricos en almidón se cocinan y se enfrían, algunas de las cadenas de glucosa se vuelven a cristalizar y se vuelven resistentes a la digestión nuevamente. El almidón de digestión lenta se puede encontrar en los cereales crudos, donde la digestión es lenta pero relativamente completa en el intestino delgado. Los alimentos preparados que contienen almidón más utilizados son el pan, las tortitas, los cereales, los fideos, la pasta, las gachas y la tortilla.

Durante la cocción a fuego alto, los azúcares liberados del almidón pueden reaccionar con los aminoácidos a través de la reacción de Maillard, formando productos finales de glicación avanzada (AGE), que aportan aromas, sabores y textura a los alimentos. Un ejemplo de un AGE dietético es la acrilamida. La evidencia reciente sugiere que la fermentación intestinal de los AGE en la dieta puede estar asociada con la resistencia a la insulina, la aterosclerosis, la diabetes y otras enfermedades inflamatorias. Esto puede deberse al impacto de los AGE en la permeabilidad intestinal.

La gelatinización del almidón durante el horneado de pasteles puede verse afectada por la competencia del azúcar por el agua, lo que evita la gelatinización y mejora la textura.

Producción de almidón

La industria del almidón extrae y refina los almidones de semillas, raíces y tubérculos, mediante molienda húmeda, lavado, tamizado y secado. Hoy en día, los principales almidones refinados comerciales son el almidón de maíz, la tapioca, el arrurruz y los almidones de trigo, arroz y patata. En menor medida, las fuentes de almidón refinado son la batata, el sagú y el frijol mungo. Hasta el día de hoy, el almidón se extrae de más de 50 tipos de plantas.

El almidón no tratado requiere calor para espesar o gelatinizar. Cuando se precocina un almidón, se puede usar para espesar instantáneamente en agua fría. Esto se conoce como almidón pregelatinizado.

Azúcares de almidón

El almidón se puede hidrolizar en carbohidratos más simples mediante ácidos, varias enzimas o una combinación de ambos. Los fragmentos resultantes se conocen como dextrinas. El grado de conversión generalmente se cuantifica por el equivalente de dextrosa (DE), que es aproximadamente la fracción de los enlaces glucosídicos en el almidón que se han roto.

Estos azúcares de almidón son, con mucho, el ingrediente alimentario a base de almidón más común y se utilizan como edulcorantes en muchas bebidas y alimentos. Incluyen:

• Maltodextrina, un producto de almidón ligeramente hidrolizado (DE 10–20) que se utiliza como relleno y espesante de sabor suave.
• Varios jarabes de glucosa (DE 30–70), también llamados jarabes de maíz en los EE. UU., soluciones viscosas utilizadas como edulcorantes y espesantes en muchos tipos de alimentos procesados.
• Dextrosa (DE 100), glucosa comercial, preparada por hidrólisis completa del almidón.
• Jarabe con alto contenido de fructosa, elaborado mediante el tratamiento de soluciones de dextrosa con la enzima glucosa isomerasa, hasta que una fracción sustancial de la glucosa se haya convertido en fructosa. En los EE. UU., el jarabe de maíz con alto contenido de fructosa es significativamente más barato que el azúcar y es el principal edulcorante utilizado en alimentos y bebidas procesados. La fructosa también tiene mejor estabilidad microbiológica. Un tipo de jarabe de maíz con alto contenido de fructosa, JMAF-55, es más dulce que la sacarosa porque está hecho con más fructosa, mientras que el dulzor del JMAF-42 está a la par con la sacarosa.
• Los alcoholes de azúcar, como el maltitol, el eritritol, el sorbitol, el manitol y el hidrolizado de almidón hidrogenado, son edulcorantes elaborados a partir de azúcares reductores.

Almidones modificados

Un almidón modificado es un almidón que se ha modificado químicamente para permitir que el almidón funcione correctamente en las condiciones que se encuentran con frecuencia durante el procesamiento o el almacenamiento, como altas temperaturas, alto cizallamiento, bajo pH, congelación/descongelación y enfriamiento.

Los almidones alimentarios modificados tienen el código E de acuerdo con la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria y los aditivos alimentarios con código INS de acuerdo con el Codex Alimentarius:

• 1400 Dextrina
• 1401 Almidón tratado con ácido
• 1402 Almidón alcalino
• 1403 Almidón blanqueado
• 1404 Almidón oxidado
• 1405 Almidones, tratados con enzimas
• 1410 Fosfato de monoalmidón
• 1412 Fosfato de dialmidón
• 1413 Fosfato de dialmidón fosfatado
• 1414 Fosfato de dialmidón acetilado
• 1420 Acetato de almidón
• 1422 Adipato de dialmidón acetilado
• 1440 Hidroxipropil almidón
• 1442 Fosfato de dialmidón de hidroxipropilo
• 1443 Hidroxipropil dialmidón glicerol
• 1450 Octenilsuccinato sódico de almidón
• 1451 Almidón oxidado acetilado

INS 1400, 1401, 1402, 1403 y 1405 están en los ingredientes alimentarios de la UE sin un número E. Los almidones modificados típicos para aplicaciones técnicas son los almidones catiónicos, el hidroxietilalmidón y los almidones carboximetilados.

Utilizar como aditivo alimentario

Como aditivo para el procesamiento de alimentos, los almidones alimentarios se utilizan normalmente como espesantes y estabilizadores en alimentos como pudines, natillas, sopas, salsas, salsas, rellenos para tartas y aderezos para ensaladas, y para hacer fideos y pastas. Funcionan como espesantes, extensores, estabilizadores de emulsión y son aglutinantes excepcionales en carnes procesadas.

Los caramelos de goma como las gominolas y las gomas de vino no se fabrican usando un molde en el sentido convencional. Se llena una bandeja con almidón nativo y se nivela. Luego se presiona un molde positivo en el almidón dejando una impresión de aproximadamente 1,000 gominolas. Luego, la mezcla de gelatina se vierte en las impresiones y se coloca en una estufa para que fragüe. Este método reduce en gran medida el número de moldes que se deben fabricar.

Uso en la industria farmacéutica

En la industria farmacéutica, el almidón también se usa como excipiente, como desintegrante de tabletas y como aglutinante.

Almidón resistente

El almidón resistente es el almidón que escapa a la digestión en el intestino delgado de individuos sanos. El almidón de trigo o maíz con alto contenido de amilosa tiene una temperatura de gelatinización más alta que otros tipos de almidón y retiene su contenido de almidón resistente a través del horneado, la extrusión suave y otras técnicas de procesamiento de alimentos. Se utiliza como fibra dietética insoluble en alimentos procesados ​​como pan, pasta, galletas, galletas saladas, pretzels y otros alimentos con bajo contenido de humedad. También se utiliza como suplemento dietético por sus beneficios para la salud. Los estudios publicados han demostrado que el almidón resistente ayuda a mejorar la sensibilidad a la insulina, reduce los biomarcadores proinflamatorios interleucina 6 y el factor de necrosis tumoral alfa y mejora los marcadores de la función colónica. Se ha sugerido que el almidón resistente contribuye a los beneficios para la salud de los cereales integrales intactos.

Almidón sintético

En 2021, los investigadores informaron sobre la primera síntesis artificial de almidón en el mundo en el laboratorio. Se utilizó un proceso quimioenzimático sin células para sintetizar almidón a partir de CO2 _e hidrógeno. Si el proceso es viable y se puede escalar, podría reducir sustancialmente el uso de la tierra, los pesticidas y el agua, así como las emisiones de gases de efecto invernadero al tiempo que aumenta la seguridad alimentaria. La ruta química de 11 reacciones centrales se redactó mediante un diseño de ruta computacional y convierte el CO ₂ en almidón a una velocidad ~8,5 veces mayor que la síntesis de almidón en el maíz.

Aplicaciones no alimentarias

Fabricación de papel

La fabricación de papel es la mayor aplicación no alimentaria de almidones a nivel mundial y consume muchos millones de toneladas métricas al año. En una hoja típica de papel de copia, por ejemplo, el contenido de almidón puede llegar al 8%. Tanto los almidones modificados químicamente como los no modificados se utilizan en la fabricación de papel. En la parte húmeda del proceso de fabricación de papel, generalmente denominada "extremo húmedo", los almidones utilizados son catiónicos y tienen una carga positiva unida al polímero de almidón. Estos derivados del almidón se asocian con las fibras de papel / celulosa aniónicas o cargadas negativamente y cargas inorgánicas. Los almidones catiónicos junto con otros agentes de retención y encolantes internos ayudan a dar las propiedades de resistencia necesarias a la banda de papel formada en el proceso de fabricación de papel (resistencia en húmedo) y a proporcionar resistencia a la hoja de papel final (resistencia en seco).

En el extremo seco del proceso de fabricación de papel, la banda de papel se vuelve a humedecer con una solución a base de almidón. El proceso se llama dimensionamiento de la superficie. Los almidones utilizados se han despolimerizado química o enzimáticamente en la fábrica de papel o en la industria del almidón (almidón oxidado). Las soluciones de apresto/almidón se aplican a la banda de papel por medio de varias prensas mecánicas (prensas de apresto). Junto con los agentes de encolado de superficie, los almidones de superficie imparten resistencia adicional a la banda de papel y, además, proporcionan retención de agua o "encolado" para propiedades de impresión superiores. El almidón también se usa en revestimientos de papel como uno de los aglutinantes para las formulaciones de revestimiento que incluyen una mezcla de pigmentos, aglutinantes y espesantes. El papel estucado tiene una mayor suavidad, dureza, blancura y brillo y, por lo tanto, mejora las características de impresión.

Adhesivos para cartón corrugado

Los adhesivos para cartón ondulado son la siguiente mayor aplicación de almidones no alimentarios a nivel mundial. Los pegamentos de almidón se basan principalmente en almidones nativos no modificados, más algunos aditivos como el bórax y la sosa cáustica. Parte del almidón se gelatiniza para transportar la suspensión de almidones crudos y evitar la sedimentación. Este pegamento opaco se llama adhesivo SteinHall. El pegamento se aplica en las puntas de las estrías. El papel acanalado se prensa en papel llamado liner. Luego se seca a fuego alto, lo que hace que el resto del almidón crudo en el pegamento se hinche/gelatinice. Esta gelatinización convierte a la cola en un adhesivo rápido y resistente para la producción de cartón ondulado.

Almidón para ropa

El almidón para ropa o ropa es un líquido que se prepara mezclando un almidón vegetal en agua (el almidón no modificado solo se gelifica en agua cerca del punto de ebullición, mientras que los productos comerciales pueden no requerir calor) y se usa para lavar la ropa. El almidón se usó ampliamente en Europa en los siglos XVI y XVII para endurecer los cuellos anchos y las gorgueras de lino fino que rodeaban el cuello de las personas acomodadas. Durante el siglo XIX y principios del XX, estaba de moda endurecer los cuellos y las mangas de las camisas de los hombres y los volantes de las enaguas de las mujeres almidonándolos antes de planchar la ropa limpia. El almidón le daba a la ropa bordes suaves y nítidos, y tenía un propósito práctico adicional: la suciedad y el sudor del cuello y las muñecas de una persona se adherían al almidón en lugar de a las fibras de la ropa. La suciedad se lavaría junto con el almidón; después del lavado, se volvería a aplicar el almidón. El almidón está disponible en aerosol, además de los gránulos habituales para mezclar con agua.

Bioplástico

Bioplástico § Plásticos a base de almidón

El almidón es un polímero natural importante para fabricar bioplásticos. Con agua y plastificantes como el glicerol, el almidón se puede procesar en el llamado "almidón termoplástico" usando técnicas convencionales de procesamiento de polímeros como extrusión, moldeo por inyección y moldeo por compresión. Dado que los materiales basados ​​únicamente en almidón nativo tienen una procesabilidad, unas propiedades mecánicas y una estabilidad deficientes, se utilizan más comúnmente almidones modificados (p. ej., almidón de hidroxipropilo) y el almidón se combina con otros polímeros (preferiblemente polímeros biodegradables como la policaprolactona), como algunos productos comerciales (p. ej., PLANTIC ™ HP y Mater-Bi) disponibles en el mercado.

Otro

Otra gran aplicación de almidón no alimentario es la industria de la construcción, donde el almidón se utiliza en el proceso de fabricación de paneles de yeso para paredes. Se agregan almidones químicamente modificados o no modificados al estuco que contiene principalmente yeso. Se aplican hojas de papel de gramaje superior e inferior a la formulación, y se permite que el proceso se caliente y se cure para formar el tablero de pared rígido final. Los almidones actúan como un pegamento para la roca de yeso curada con el revestimiento de papel y también proporcionan rigidez a la placa.

El almidón se utiliza en la fabricación de diversos adhesivos o colas para encuadernación de libros, adhesivos para papel tapiz, producción de sacos de papel, enrollado de tubos, papel engomado, adhesivos para sobres, colas escolares y etiquetado de botellas. Los derivados del almidón, como las dextrinas amarillas, se pueden modificar mediante la adición de algunos productos químicos para formar un pegamento duro para el papeleo; algunas de esas formas usan bórax o carbonato de sodio, que se mezclan con la solución de almidón a 50–70 °C (122–158 °F) para crear un muy buen adhesivo. Se puede agregar silicato de sodio para reforzar esta fórmula.

• Productos químicos textiles del almidón: los agentes de encolado de urdimbre se utilizan para reducir la rotura de los hilos durante el tejido. El almidón se utiliza principalmente para encolar hilos a base de algodón. El almidón modificado también se utiliza como espesante de estampado textil.
• En la exploración de petróleo, el almidón se usa para ajustar la viscosidad del fluido de perforación, que se usa para lubricar la cabeza de perforación y suspender los residuos de molienda en la extracción de petróleo.
• El almidón también se usa para hacer algunos cacahuetes de embalaje y algunas tejas de cielo raso.
• En la industria de la impresión, el almidón de calidad alimentaria se utiliza en la fabricación de polvos en aerosol antirrepinte que se utilizan para separar las hojas de papel impresas y evitar que la tinta húmeda se desprenda.
• Para el polvo corporal, el almidón de maíz en polvo se usa como sustituto del polvo de talco y, de manera similar, en otros productos de salud y belleza.
• El almidón se utiliza para producir varios bioplásticos, polímeros sintéticos que son biodegradables. Un ejemplo es el ácido poliláctico a base de glucosa del almidón.
• La glucosa del almidón se puede fermentar aún más para obtener etanol de maíz como biocombustible mediante el llamado proceso de molienda húmeda. Hoy en día, la mayoría de las plantas de producción de bioetanol utilizan el proceso de molienda en seco para fermentar maíz u otras materias primas directamente en etanol.
• La producción de hidrógeno podría usar glucosa del almidón como materia prima, usando enzimas.

Seguridad y salud en el trabajo

En los EE. UU., la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal (límite de exposición permisible) para la exposición al almidón en el lugar de trabajo en 15 mg/m3 de exposición total y 5 mg/m3 de exposición respiratoria durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 10 mg/m3 de exposición total y 5 mg/m2 de exposición respiratoria durante una jornada laboral de 8 horas.