Obtención de maltodextrinas por vía enzimática a partir del almidón de camote de cerro (Dioscorea remotiflora kunth)

Abstract

RESUMEN: Las Maltodextrinas son productos derivados de la hidrólisis del almidón, están constituidas por una mezcla de carbohidratos con diferente grado de polimerización y diferente peso molecular y en conjunto, su contenido de equivalentes de dextrosa ED ≤ 20%. Comercialmente se clasifican en base a su contenido de ED, las más demandadas son aquellas con ED de 5, 10, 15 y 20%. De acuerdo a su perfil de carbohidratos y a su contenido de ED, las Maltodextrinas presentan diferentes propiedades fisicoquímicas y funcionales que las convierte en uno de los aditivos más utilizados en la industria alimentaria y farmacéutica, desempeñándose como agentes estabilizantes, espesantes, extensores, reemplazadores de grasas y aceites, agente encapsulante o vehículo en procesos de secado por aspersión, ayudan a controlar el dulzor, la osmolalidad, la higroscopicidad, la viscosidad, las reacciones de oscurecimiento, y también sirven para dar cuerpo y textura. Las Maltodextrinas se obtienen por hidrólisis ácida, enzimática o mixta, a partir del almidón de maíz principalmente, aunque también pueden obtenerse a partir de cualquier materia prima que almacene almidón, lo cual dependerá de la disponibilidad y precios de dichas materias primas. México recurre a la importación de grandes volúmenes, tanto de maíz, como de almidón y Maltodextrinas, para satisfacer la demanda nacional anual de estos insumos, lo cual representa una constante fuga de divisas y una dependencia tecnológica para el país, haciendo necesario desarrollar la tecnología propia que nos permita aprovechar nuestras materias primas para la obtención de estos importantes insumos de la industria alimentaria y farmacéutica y de esta forma, disminuir y hasta eliminar sus importaciones y también, disminuir la dependencia tecnológica externa, dando además un mayor valor agregado a nuestros recursos naturales, ya que en México se producen varias materias primas que pudieran emplearse como fuente de obtención de Maltodextrinas. El objetivo del presente trabajo de investigación consistió en obtener Maltodextrinas por vía enzimática a partir del almidón del camote de cerro (Dioscorea remotiflora Kunth). Para cumplir con este objetivo, inicialmente se colectaron tubérculos de camote de cerro en la región Ciénega de Chapala, Mich., y se trasladaron a las instalaciones del CIIDIR-IPN-Unidad Michoacán. Se realizó el análisis químico proximal de los tubérculos, se extrajo el almidón contenido en los mismos y se le determinó su caracterización química, contenido de almidón resistente, amilosa y amilopectina. Mediante el uso de la enzima α-amilasa de Bacillus licheniformis, posteriormente se determinaron las condiciones de hidrólisis óptimas (temperatura, pH, concentración de enzima y tiempo de hidrólisis) para la obtención de Maltodextrinas con 5, 10, 15 y 20 ED, a partir del almidón de camote de cerro. Finalmente se determinaron las propiedades fisicoquímicas y funcionales de cada una de las Maltodextrinas obtenidas, y se compararon con las que presentan las Maltodextrinas comerciales que son obtenidas a partir del almidón de maíz. En base seca, los carbohidratos representan el principal componente de los tubérculos de camote de cerro, su contenido fue de 83.35 ± 0.18%. El rendimiento alcanzado en base húmeda en el proceso de obtención de almidón a partir del camote de cerro fue de 154.7 ± 5.4 g/kg. El principal constituyente del almidón de camote de cerro fueron los carbohidratos, su contenido fue de 96.86 ± 0.37%. El almidón de camote de cerro está integrado por 30.15 ± 0.57% de amilosa y el restante 69.85 ± 0.57% de amilopectina; además, su contenido de almidón resistente es tan bajo (0.08 ± 0.01%) que resulta despreciable. El almidón de camote de cerro se clasifica como un almidón de alta amilosa o amilo almidón, debido a que el contenido de esta fracción es superior al 30%. La enzima α-amilasa de Bacillus licheniformis presentó un pH óptimo entre 6-8 unidades, y una temperatura optima entre 70 y 80°C. Cuando el proceso de obtención de Maltodextrinas se lleva a cabo a una concentración de almidón del 10%, temperatura de 70°C, pH de 6.9 y una concentración de enzima de 1 μg/mL, existe una dependencia lineal entre el contenido de ED y el tiempo de hidrólisis ( t ) requerido para la obtención de las diferentes Maltodextrinas de interés [ED = 0.1819 ( t )]. Bajo estas condiciones, los tiempos de hidrólisis requeridos para obtener Maltodextrinas con 5, 10, 15 y 20 ED fueron de 27.5, 55.0, 82.5 y 110.0 minutos respectivamente. Las propiedades fisicoquímicas y funcionales de las Maltodextrinas obtenidas a partir del almidón de camote de cerro fueron similares a las que presentan las Maltodextrinas comerciales que se obtienen a partir del almidón de maíz, principal fuente utilizada en la producción industrial de estos insumos. El alto contenido de almidón en el camote de cerro (D. remotiflora) y la facilidad de su extracción, convierten a esta especie en una atractiva fuente potencial para la obtención industrial de almidón y sus derivados como son las Maltodextrinas. Palabras clave: Maltodextrinas, almidón, aditivo, α-amilasa, Dioscorea remotiflora.

ABSTRACT: Maltodextrin's are products derived from the hydrolysis of starch, they are composed of a mixture of carbohydrates with different degrees of polymerization and different molecular weight and together, their content of dextrose equivalent ED ≤ 20%. Commercially classified according to their content of ED, the most demanded are those with ED of 5, 10, 15 and 20%. According to their carbohydrate profile and ED content, maltodextrin have different physicochemical and functional properties that make them one of the most used additives in the food and pharmaceutical industry, acting as stabilizing agents, thickeners, extenders, fat replenishers And oils, encapsulating agent or carrier in spray drying processes, help to control sweetness, osmolality, hygroscopicity, viscosity, darkening reactions, and also serve to give body and texture. Maltodextrins are obtained by acidic, enzymatic or mixed hydrolysis from the maize starch mainly, although they can also be obtained from any raw material that stores starch, which will depend on the availability and prices of said raw materials. México uses the importation of large volumes of corn, starch and maltodextrins to meet the annual national demand for these inputs, which represents a constant leakage of foreign exchange and a technological dependence for the country, making it necessary to develop the technology Own allowing us to take advantage of our raw materials to obtain these important inputs from the food and pharmaceutical industry and in this way, reduce and even eliminate their imports and also, reduce the external technological dependence, also giving a greater added value to our resources Natural, since in México several raw materials are produced that could be used as a source of maltodextrins. The objective of the present research work was to obtain maltodextrins enzymatically from the starch of the sweet potato (Dioscorea remotiflora Kunth). To meet this objective, tubercle of sweet potato tubers were collected in the Ciénega region of Chapala, Mich., and transferred to the facilities of CIIDIR-IPN-Unidad Michoacán. The proximal chemical analysis of the tubers was carried out, the starch contained therein was extracted and its chemical characterization, resistant starch content, amylose and amylopectin were determined. Using the enzyme α-amylase from Bacillus licheniformis, the optimal hydrolysis conditions (temperature, pH, enzyme concentration and hydrolysis time) were subsequently determined to obtain maltodextrins with 5, 10, 15 and 20 ED, a From the sweet potato starch. Finally the physicochemical and functional properties of each of the maltodextrins obtained were determined and compared with those of the commercial maltodextrins obtained from the corn starch. On a dry basis, carbohydrates represent the main component of tubers of the sweet potato of cerro; its content was 83.35 ± 0.18%. The yield obtained in wet basis in the process of obtaining starch from the sweet potato was 154.7 ± 5.4 g / kg. The main constituent of the sweet potato starch of the hill were carbohydrates, its content was 96.86 ± 0.37%. The white sweet potato starch consists of 30.15 ± 0.57% of amylose and the remaining 69.85 ± 0.57% of amylopectin; In addition, its resistant starch content is so low (0.08 ± 0.01%) that it is negligible. Hill sweet potato starch is classified as high amylose starch or amyl starch, because the content of this fraction is greater than 30%. The enzyme α-amylase of Bacillus licheniformis had an optimum pH between 6-8 units, and an optimum temperature between 70 and 80 ° C. When the process of obtaining maltodextrins is carried out at a starch concentration of 10%, temperature of 70 ° C, pH of 6.9 and an enzyme concentration of 1 μg / mL, there is a linear dependence between the content of ED and The hydrolysis time (t) required to obtain the different maltodextrins of interest [ED = 0.1819 (t)]. Under these conditions, the hydrolysis times required for Obtaining maltodextrins with 5, 10, 15 and 20 EDs were 27.5, 55.0, 82.5 and 110.0 minutes respectively. The physicochemical and functional properties of the maltodextrins obtained from the sweet potato starch were similar to those of commercial maltodextrins obtained from maize starch, the main source used in the industrial production of these inputs. The high content of starch in the sweet potato (D. remotiflora) and the ease of its extraction make this species an attractive potential source for the industrial production of starch and its derivatives such as maltodextrins. Key words: Maltodextrins, starch, additive, α-amylase, Dioscorea remotiflora.