ALMIDÓN MODIFICADO-Aplicaciones - Enfoque
LA APLICACIÓN DEL ALMIDÓN MODIFICADO
La estructura básica del almidón es un polisacárido polimérico formado por unidades de glucosa conectadas por enlaces α-1,4-glucosídicos (amilosa) y α-1,6-enlaces glucosídicos (amilopectina). Sus moléculas contienen una gran cantidad de grupos hidroxilo. El almidón modificado es un derivado del almidón obtenido tras la modificación del almidón natural mediante la aplicación integral de métodos enzimáticos físicos, químicos y biológicos. En comparación con el almidón crudo, sus propiedades fisicoquímicas, como solubilidad, viscosidad, estabilidad, formación de película, etc.), se optimizan significativamente, para satisfacer necesidades industriales o alimentarias más complejas. La modificación física del almidón se refiere a la modificación del almidón por medios físicos como calor, fuerza mecánica y campo físico, para destruir la estructura cristalina, la región amorfa, la disposición molecular o los enlaces de hidrógeno intermoleculares de las partículas de almidón y lograr la remodelación estructural. Los medios principales incluyen fluido hidrotermal, microondas, radiación ionizante, ultrasonido, molienda de bolas, extrusión, etc. El tratamiento con microondas se usa ampliamente en la industria alimentaria para preparar resina superabsorbente de copolímero injertado con almidón con fuerte absorción y retención de agua.
MODIFICACIÓN DEL TRATAMIENTO TÉRMICO
Al controlar la temperatura, la humedad y el tiempo, se regula la gelatinización, la regeneración o el reordenamiento molecular de las partículas de almidón, y los métodos comunes incluyen la pregelatinización, el recocido y el tratamiento con calor húmedo.
(1) Almidón pregelatinizado
Proceso: El almidón se dispersa en agua fría o caliente, se calienta a una temperatura de gelatinización (generalmente 60-90°C) para que las partículas estén completamente gelatinizadas y luego se deshidrata y se seca para obtener un producto de almidón no granular, soluble en agua fría.
Mecanismo: el calentamiento hace que las partículas de almidón absorban agua y se expandan, la estructura cristalina se destruye, las cadenas moleculares se despliegan y se entrelazan para formar una red tridimensional, y la estructura de la red se "fija" después del secado y el agua se rehidrata rápidamente para formar una pasta cuando se usa.
Cambios característicos: alta solubilidad en agua fría, temperatura de gelatinización cercana a la temperatura ambiente, transparencia media de la pasta, pero menor viscosidad y fuerza de gel que el almidón crudo.
Aplicación: Alimentos preparados (como paquetes de condimentos para fideos instantáneos, ingredientes de sopas instantáneas), agentes de apresto de papel, agentes de apresto de textiles (proceso simplificado).
(2) Recocido
Proceso: el almidón se mantiene caliente en agua tibia por encima de la temperatura de transición vítrea pero por debajo de la temperatura de gelatinización durante varias horas a decenas de horas, y se controla el contenido de humedad (30%-50%).
Mecanismo: en el estado subgelatinizado, las moléculas de amilosa migran desde la región amorfa a la zona de cristalización, promoviendo un reordenamiento ordenado de corto alcance y mejorando la estabilidad de la zona de cristalización.
Cambios característicos: aumenta la temperatura inicial de gelatinización, aumenta la estabilidad térmica de la pasta y aumenta la dureza del gel, pero la solubilidad disminuye ligeramente.
Aplicaciones: Alimentos que requieren procesamiento a alta temperatura (por ejemplo, alimentos envasados asépticos) o productos que requieren una mayor resistencia del gel (gelatina, productos cárnicos).
(3) Tratamiento Hidrotermal (Ht)
Proceso: Ajuste el almidón seco a más del 30% de contenido de humedad, luego caliéntelo a 80-120°C, manténgalo caliente durante unas horas y luego séquelo.
Mecanismo: bajo alta humedad, las partículas de almidón absorben agua y se expanden, destruyen parcialmente la estructura cristalina y luego las cadenas moleculares se reorganizan durante el secado para formar regiones amorfas más densas o nuevas estructuras cristalinas, al tiempo que inhiben la exposición de los sitios de hidrólisis enzimática.
Cambios característicos: la temperatura de gelatinización aumenta, la viscosidad de la pasta disminuye, la digestibilidad mejora (se genera almidón RS3 más resistente) y la solubilidad depende de la intensidad del tratamiento (el tratamiento moderado aumenta la solubilidad, el tratamiento excesivo disminuye).
Aplicaciones: Alimentos con IG bajo (p. ej., pan con almidón resistente, cereales para el desayuno), piensos (mejora la utilización de nutrientes), fermentación de bioetanol (reduce el consumo de energía para la hidrólisis enzimática).
MODIFICACIÓN DEL TRATAMIENTO MECÁNICO
Mediante cizallamiento, extrusión o molienda mecánica, se destruye la estructura de las partículas de almidón y se refina la cadena molecular, y los métodos comunes incluyen extrusión y extrusión, molienda y molienda de bolas y tratamiento mecánico asistido por ultrasonido.
(1) Modificación de extrusión
Proceso: Después de mezclar el almidón con una pequeña cantidad de humedad (10%-30%) y posibles aditivos, se trata con una extrusora de tornillo a alta temperatura (120-200°C), alta presión (5-20 MPa) y alta fuerza de corte, y el material se rocía desde la matriz para reducir la presión y expandirse para formar una estructura porosa.
Mecanismo: la fuerza de corte a alta presión destruye la cristalización y las regiones amorfas de las partículas de almidón, la cadena molecular se rompe y reorienta, y la alta temperatura promueve la rotura de los enlaces de hidrógeno intermoleculares, formando una estructura de red porosa suelta.
Cambios característicos: la tasa de expansión puede alcanzar 5 - 20 veces, la solubilidad aumenta considerablemente, se reduce la solubilidad del agua fría, se reduce la temperatura de gelatinización, se mejora la estabilidad térmica y la estructura porosa amortigua la descomposición térmica, pero el peso molecular disminuye.
Aplicación: Alimentos inflados (como mazorcas de maíz, galletas de arroz), alimentos para mascotas, materiales biodegradables (adsorbente de almidón poroso).
(2) Molino de bolas
Proceso: El almidón y las bolas de molienda se muelen a baja velocidad en el molino de bolas durante varias horas hasta obtener decenas de tamaños pequeños, y el refinamiento se logra mediante la colisión y fricción entre las bolas y las partículas de almidón.
Mecanismo: Las fuerzas mecánicas rompen las partículas de almidón en fragmentos a escala nano/micrónica, la estructura cristalina se destruye por completo, la cadena molecular se rompe y quedan expuestos más grupos hidroxilo.
Cambios característicos: el tamaño de las partículas disminuye, el área de superficie específica aumenta, la solubilidad es extremadamente alta (el almidón a nanoescala puede formar hiaglocoloide), la velocidad de gelatinización se acelera, pero la fuerza del gel disminuye.
Aplicaciones: Nanocompuestos, como nanopartículas de almidón/polímero, portadores de fármacos, fármacos de adsorción de alta superficie específica, rellenos plásticos degradables.
(3) Ultrasonido-Tratamiento mecánico asistido
Proceso: la suspensión de almidón se coloca en un generador ultrasónico y el efecto de cavitación del ultrasonido ayuda al corte mecánico a destruir la estructura de las partículas.
Mecanismo: la alta presión local y la fuerza de corte generadas por la ruptura de las burbujas de cavitación aceleran la despolimerización de las partículas de almidón y la rotura de la cadena molecular, mientras que el efecto térmico del ultrasonido promueve el movimiento molecular.
Cambios característicos: acortamiento del tiempo de gelatinización (efecto de cavitación que destruye el área de cristalización), mejora de la estabilidad de la pasta (cadena molecular más corta, no es fácil de regenerar) y aumento de la solubilidad.
Aplicaciones: gelatinización rápida del almidón (p. ej., adhesivo de etiquetado instantáneo), producción de biodiesel (mejora de la eficiencia de la conversión del almidón en glucosa).
MODIFICACIÓN DEL PROCESAMIENTO FÍSICO
Utilizando ondas electromagnéticas, radiación y otras energías de campos físicos para inducir cambios en la estructura de las moléculas de almidón, los métodos comunes incluyen el tratamiento con microondas y el tratamiento con irradiación (rayos γ, haces de electrones).
(1) Tratamiento con microondas
Proceso: Mezcle almidón con agua (humedad 20%-50%), caliéntelo en el horno microondas durante varios minutos a decenas de minutos, gelatinice el almidón y remodele la estructura mediante el efecto de calentamiento interno del microondas.
Mecanismo: el microondas penetra las partículas de almidón, lo que hace que las moléculas polares (agua, grupos hidroxilo) vibren y generen calor a alta frecuencia, y el rápido calentamiento interno conduce a la expansión instantánea de las partículas, la destrucción de la estructura cristalina y la rotura de las cadenas moleculares.
Cambios característicos: tiempo de gelatinización muy corto (minutos frente a decenas de minutos de calentamiento convencional), baja viscosidad de la pasta (rotura de cadena molecular) y estabilidad térmica mejorada (el calentamiento uniforme por microondas reduce la degradación del sobrecalentamiento local).
Aplicación: Producción industrial rápida de almidón pregelatinizado, tratamiento de aguas residuales (adsorción de almidón modificado por microondas de iones de metales pesados).
(2) Tratamiento de irradiación
Proceso: el almidón seco se irradia bajo rayos γ o haces de electrones para romper los enlaces moleculares mediante radiación ionizante.
Mecanismo: la energía de la radiación excita los electrones en las moléculas de almidón y produce radicales libres (como · OH, · H), que inician roturas de cadenas moleculares (enlaces glicosídicos, enlaces C-C) y oxidación de hidroxilo, al tiempo que inhiben el crecimiento microbiano.
Cambios característicos: peso molecular reducido (temperatura de gelatinización reducida), mayor solubilidad, mayor claridad de la pasta, dosis bajas de irradiación pueden retrasar la regeneración (extender la vida útil de los alimentos), dosis altas conducen a una degradación excesiva.
Aplicaciones: Conservación de alimentos (almidón modificado irradiado como recubrimiento, inhibiendo la migración de agua), apósito médico (película de almidón irradiado, antibacteriano y degradable).
MODIFICACIÓN QUÍMICA DEL ALMIDÓN
La modificación química del almidón incluye hidrólisis ácida, oxidación, eterificación, esterificación y reticulación, que es el método más utilizado de modificación del almidón.
HIDRÓLISIS ÁCIDA ALMIDÓN
En el proceso de hidrólisis ácida, la temperatura de gelatinización disminuye en la etapa inicial, la temperatura de hidrólisis aumenta en el pico de hidrólisis y en la etapa final, y el valor endotérmico aumenta primero y luego disminuye con la hidrólisis ácida, y la fuerza de hinchamiento y la solubilidad aumentan. La modificación química del almidón por hidrólisis ácida es el proceso de degradar el almidón de alto peso molecular en productos de bajo peso molecular (como dextrina, oligosacáridos o monosacáridos) rompiendo los enlaces glicosídicos de las moléculas de almidón mediante ácidos. Al reducir el peso molecular y la polimerización del almidón, sus propiedades fisicoquímicas cambian significativamente para obtener funciones específicas (por ejemplo, baja viscosidad, alta solubilidad, buena transparencia, etc.).
MECANISMO DE REACCIÓN DE MODIFICACIÓN DE LA HIDRÓLISIS ÁCIDA
El almidón es un polisacárido polimérico formado por unidades de glucosa conectadas por enlaces glicosídicos α-1,4-(esqueleto de amilosa) y enlaces glicosídicos α-1,6-(puntos de ramificación de amilopectina), y el núcleo de la hidrólisis ácida es la ruptura catalítica de los enlaces glicosídicos mediante ácidos, el proceso específico es el siguiente:
Protonación: El ácido aporta H⁺, que se une a los átomos de oxígeno de la molécula de almidón (oxígeno o hidroxioxígeno con enlaces glicosídicos), protonándola y debilitando la estabilidad de los enlaces glicosídicos.
Rotura del enlace glicosídico: el enlace glicosídico protonado se heteroescinde para formar un ion oxigalio intermedio, que posteriormente se hidroliza en dextrina, maltosa o glucosa de bajo peso molecular.
Diferencias de hidrólisis de la amilopectina: la energía de enlace de los enlaces α-1,6-glucosídicos es mayor que la de los enlaces α-1,4-glucosídicos, por lo que los puntos de ramificación de la amilopectina se rompen más lentamente durante la hidrólisis ácida y el producto final puede conservar algunas estructuras de cadena ramificada corta.
CAMBIOS EN LAS PROPIEDADES DEL ÁCIDO-ALMIDÓN HIDROLIZADO
En comparación con el almidón crudo, las propiedades físicas y químicas del almidón hidrolizado ácido cambian significativamente debido a la disminución del peso molecular, que se manifiesta principalmente como:
Peso molecular reducido y polimerización.
La rotura del enlace glicosídico provocó que las moléculas de almidón cambiaran de cadenas largas a cortas, lo que redujo el grado de polimerización en un 50%-90%.
La viscosidad cae significativamente
Las cadenas moleculares se acortaron, los devanados intermoleculares y los enlaces de hidrógeno se debilitaron, la viscosidad inicial de la pasta se redujo significativamente y la estabilidad de la viscosidad mejoró a alta temperatura.
Solubilidad mejorada
Los productos de bajo peso molecular reducen la agregación intermolecular, aumentan la solubilidad del agua fría y mejoran la claridad de la pasta.
La temperatura de gelatinización se reduce.
La estructura cristalina de las partículas de almidón es destruida por el ácido (especialmente la estructura ordenada del almidón de amilosa), y la energía requerida para la gelatinización se reduce y la temperatura de gelatinización se reduce.
(La temperatura de gelatinización del almidón de maíz crudo es de 62-72 °C y se puede reducir a 55-65 °C después de la hidrólisis).
Ajuste de formación de película y adhesión.
El almidón ligeramente hidrolizado todavía conserva un cierto grado de cohesión, que es adecuado para el encolado de fabricación de papel o el encolado textil; La hidrólisis profunda reduce la adhesión pero forma una película más uniforme (por ejemplo, para recubrimiento de alimentos).
Digestión mejorada
Con una disminución en el peso molecular, el almidón hidrolizado con ácido se hidroliza más fácilmente por la amilasa y tiene una mayor tasa de digestión (p. ej., como se usa como fuente de carbohidratos de fácil digestión en los alimentos para bebés)
ETERIFICACIÓN ALMIDÓN
1. Hidroxipropilación del almidón es una forma de eterificación del almidón, el almidón hidroxipropilado puede reducir la degradación del almidón, cambiar la temperatura de gelatinización, la viscosidad y otras características del almidón. Después de la modificación con hidroxipropilo del almidón, se mejoraron la capacidad de expansión libre y el grado de sustitución molar del almidón, y se redujeron la turbidez, el porcentaje de contracción por deshidratación y la tasa de degradación. La hidroxipropilación del almidón es el proceso de introducir hidroxipropilo (-O-CH₂-CHOH-CH₃) en moléculas de almidón mediante una reacción de eterificación, que es una modificación de eterificación no iónica. La modificación cambió las fuerzas intermoleculares y el equilibrio hidrófilo del almidón mediante la introducción de enlaces éter hidrófilos, mejorando significativamente su solubilidad, estabilidad y diversidad funcional. El almidón hidroxipropilado se usa ampliamente en alimentos, medicinas, fabricación de papel y otros campos debido a su alta seguridad y excelente rendimiento.
Mecanismo de reacción de la hidroxipropilación:
En condiciones alcalinas (p. ej., NaOH), los hidroxidesprotones del almidón forman aniones alcoxi (-O⁻), lo que mejora la nucleofilicidad. Los aniones alcoxi atacan los átomos de carbono del óxido de propileno, provocando la ruptura del anillo epoxi y formando productos intermedios. Después de la hidrólisis, finalmente se forma éter hidroxipropílico de almidón.
Cambios en las propiedades del almidón hidroxipropilado:
En comparación con la eterificación no iónica (como la metilación), el efecto de impedimento estérico hidrófilo de los grupos hidroxipropilo confiere propiedades únicas al almidón, con los siguientes cambios fundamentales:
Propiedades de solubilidad y gelatinización.
La solubilidad del agua fría mejora significativamente: el enlace éter (-O-) del grupo hidroxipropilo forma enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua, y el enlace de hidrógeno entre las moléculas de almidón se debilita por el impedimento estérico, de modo que el almidón se dispersa y disuelve rápidamente en agua fría.
Reducción de la temperatura de gelatinización: el hidroxipropilo destruye la estructura de cristalización de las partículas de almidón y reduce la resistencia a la gelatinización.
(La temperatura de gelatinización del almidón original es de 60-80°C y se reduce a 50-70°C después de la hidroxipropilación).
Estabilidad de la pasta y antirregeneración.
Excelente estabilidad en congelación/descongelación: el impedimento estérico del hidroxipropilo evita que las moléculas de almidón se reorganicen y cristalicen durante la congelación/descongelación, y la pasta permanece clara después de 3-5 ciclos de congelación/descongelación (-20°C/25°C), sin separación de agua (mejor que el almidón crudo y el acetato de almidón).
Baja tendencia a la regeneración: los grupos hidroxipropilo dificultan la agregación en espiral entre las moléculas de amilosa y la viscosidad de la pasta disminuye lentamente durante el almacenamiento.
(adecuado para almacenamiento a largo plazo de alimentos o recubrimientos).
Baja viscosidad inicial: el hidroxipropilo reduce la fuerza intermolecular y la viscosidad inicial de la pasta es menor que la del almidón original, pero la estabilidad de la viscosidad mejora a alta temperatura (no es fácil reducir la viscosidad debido al cizallamiento o al calentamiento).
Buena flexibilidad de formación de película: la hidrofilicidad del hidroxipropilo hace que la película no se rompa fácilmente después de absorber agua, y la película es transparente y resistente al plegado (utilizada para películas de embalaje o aprestos textiles).
2.Almidón catiónico es un grupo de amonio cuaternario (-NR₄⁺) con una carga positiva en el grupo hidroxilo (-OH) de las moléculas de almidón a través de una reacción de cuaternización para formar éter de almidón catiónico, lo que le da al almidón una carga positiva, de modo que pueda atraer electrostáticamente con sustancias cargadas negativamente y mejorar significativamente sus propiedades de floculación, mejora y retención. El almidón catiónico se ha convertido en un aditivo fundamental en la fabricación de papel, el tratamiento de aguas residuales, la extracción de petróleo y otras industrias debido a su alta eficiencia, fácil degradación y bajo costo.
El mecanismo de reacción de la cationización.
El grupo hidroxilo del almidón (-OH) reacciona con un reactivo de alquilación que contiene un grupo de amonio cuaternario para formar un éter de amonio cuaternario unido covalentemente.
Industria del papel: aditivos húmedos para mejorar la retención de fibra/relleno y mejorar la resistencia del papel en seco/húmedo, agentes de apresto de superficie
Tratamiento de aguas residuales: floculante para deshidratación de lodos: eliminación de contaminantes aniónicos: colorantes de adsorción, complejos de metales pesados
Perforación petrolera: agente reductor de pérdidas por filtración, el almidón catiónico adsorbe la arcilla de la pared del pozo y reduce la intrusión de filtrado.
Material para tapar fugas: compuesto con carbonato de calcio para sellar microfisuras.
Textiles y productos químicos diarios: Champú espesante: Las propiedades catiónicas adsorben la superficie del cabello, dándole una sensación de suavidad (en lugar del tensioactivo catiónico de amonio cuaternario)
ALMIDÓN OXIDADO
El grupo hidroxilo del almidón primario es el principal sitio de reacción de oxidación. La modificación oxidativa ataca los enlaces hidroxilo o glicosídicos de las moléculas de almidón a través de oxidantes, desencadenando dos tipos de reacciones:
Oxidación de hidroxilo: el grupo hidroxilo se oxida a carbonilo (aldehído, cetona) o carboxilo (-COOH), lo que reduce los enlaces de hidrógeno intermoleculares y mejora la solubilidad y reactividad del almidón.
Rotura de enlaces glicosídicos: El oxidante ataca los enlaces glicosídicos, provocando que se rompa la cadena molecular del almidón, dando como resultado productos de bajo peso molecular como las dextrinas, que reducen el peso molecular y la viscosidad del almidón.
En comparación con el almidón original, las propiedades fisicoquímicas del almidón oxidado cambian significativamente:
Solubilidad mejorada: los grupos hidroxilo se oxidan a grupos carboxilo/carbonilo, debilitando los enlaces de hidrógeno intermoleculares y aumentando la solubilidad en agua fría (especialmente amilopectina).
Temperatura de gelatinización reducida: la rotura de la cadena molecular y la reducción del grupo hidroxilo reducen la cristalinidad y la resistencia a la expansión de las partículas de almidón, lo que facilita la gelatinización.
Estabilidad mejorada de la pasta: los productos de bajo peso molecular reducen la regeneración (envejecimiento) y la pasta es más clara y menos propensa a la delaminación.
(Si se utiliza en salsas alimentarias, se puede prolongar la vida útil)
Viscosidad reducida: El peso molecular disminuye debido a la rotura de los enlaces glicosídicos y la viscosidad inicial de la pasta disminuye, pero la estabilidad de la viscosidad mejora a altas temperaturas (adecuada para el encolado de papel).
Formación de película mejorada: la presencia de grupos carboxilo mejora las fuerzas intermoleculares, lo que resulta en una formación de película más uniforme y flexible (para embalaje o apresto textil).
ALMIDÓN CRUZADO-ENLACE
La reticulación se utiliza a menudo para modificar el almidón natural, especialmente para la producción de materiales poco sensibles al agua. la esterificación imparte hidrofobicidad a los productos de almidón a través de la sustitución de hidroxilo, la reticulación sirve para aumentar las conexiones intramoleculares e intermoleculares en posiciones aleatorias en las partículas de almidón, y la reticulación también se puede utilizar para limitar la absorción de agua debido a la capacidad de aumentar la densidad de reticulación en la estructura del almidón.
La modificación de reticulación es la formación de enlaces covalentes ("puentes moleculares") entre los grupos hidroxilo (-OH) de las moléculas de almidón a través de entrecruzadores bifuncionales o multifuncionales, uniendo múltiples moléculas de almidón en una retícula tridimensional. El objetivo principal es mejorar la estabilidad estructural de las partículas de almidón, inhibir la ruptura de las partículas durante la gelatinización y mejorar la resistencia al corte, la resistencia a la temperatura y la resistencia a ácidos y álcalis de la pasta.
Mecanismo de reacción
Las moléculas de almidón contienen una gran cantidad de hidroxilo (-OH) y el reticulante reacciona con el grupo hidroxilo de dos maneras para formar un enlace puente:
Reticulación simple: los dos grupos activos del reticulante reaccionan con los grupos hidroxilo de las dos moléculas de almidón (por ejemplo, unión de fosfato a los dos grupos hidroxilo en la posición C6);
Doble reticulación: múltiples grupos activos del reticulante reaccionan con diferentes grupos hidroxilo de la misma molécula de almidón.
(por ejemplo, la epiclorhidrina se une a grupos hidroxilo en las posiciones C2 y C3 de la misma molécula, o reacciona con grupos hidroxilo de dos moléculas de almidón diferentes (formando puentes intermoleculares)
·
Ejemplos de reacciones típicas (entrecruzamiento de trimetafosfato de sodio):
El grupo hidroxilo del almidón (-OH) se desprotona en condiciones alcalinas para formar un ion alcoxi negativo (-O⁻), ataca el átomo de fósforo del trimetafosfato de sodio ((NaPO₃)₃) y forma un enlace éster de fosfato (-O-PO₂⁻-O-) después de la desprotonación en condiciones alcalinas, conectando las dos moléculas de almidón.
Resistencia al corte significativamente mejorada: la pasta mantiene una alta viscosidad
(encolado textil para evitar la pérdida de lodo)
Estabilidad térmica mejorada: la temperatura de gelatinización aumentó
(60-80°C para almidón crudo, 70-95°C después de la reticulación), y la pasta no fue fácil de descomponer a alta temperatura (adecuada para la esterilización de alimentos enlatados a alta temperatura)
Buena resistencia a ácidos y álcalis: la pasta es estable en el rango de pH de 2-12
(A diferencia del almidón crudo, que es fácil de reducir la viscosidad en ácidos/álcalis fuertes) y puede usarse en bebidas ácidas (jugos) o aditivos detergentes alcalinos.
Retención de la morfología de las partículas: algunas partículas intactas aún se retienen después de la gelatinización y la transparencia de la pasta es alta.
(Se utiliza para recubrimientos de fabricación de papel para mejorar la suavidad del papel)
MODIFICACIÓN DE ESTERIFICACIÓN ALMIDÓN
La modificación de la esterificación implica la reacción de ácido/anhídrido de ácido/cloruro de acilo con grupos hidroxilo del almidón para introducir grupos éster (-COOR, -PO₃R₂, etc.) en las moléculas de almidón para cambiar su hidrofilicidad, hidrofobicidad, carga y reactividad. La modificación por acetilación del almidón consiste en introducir un grupo acetilo (-COCH₃) al grupo hidroxilo (-OH) de la molécula de almidón mediante una reacción de esterificación para formar acetato de almidón. Esta es una modificación de esterificación no iónica típica que regula la hidrofilicidad, hidrofobicidad, carga y fuerza intermolecular del almidón mediante la introducción de grupos acetilo, mejorando así significativamente sus propiedades funcionales (como emulsificación, estabilidad y propiedades antienvejecimiento). El almidón acetilado se usa ampliamente en alimentos, fabricación de papel, textiles y otros campos debido a su alta seguridad y excelente rendimiento. La unidad de glucosa en la molécula de almidón es rica en grupos hidroxilo (-OH). La esencia de la reacción de acetilación es la reacción de esterificación de anhídrido de ácido y alcohol.
La introducción de grupos éster le da al almidón un equilibrio y una funcionalidad hidrofóbicos únicos
Acetato de almidón: reduce la temperatura de gelatinización (almidón original 60-80°C, 50-70°C después de la esterificación del acetato), alta transparencia de la pasta; fuerte resistencia al envejecimiento (inhibe la retrogradación de la amilosa), utilizada en helados y bolas de masa congeladas rápidamente para evitar que se endurezca durante el almacenamiento; Buena emulsificación, se puede utilizar como emulsionante para estabilizar emulsiones alimentarias (como bebidas de jugo). El almidón acetilado aumenta la dureza sin afectar significativamente el valor de cohesión y puede reemplazar parcialmente la harina de trigo baja en proteínas utilizada en la producción de fideos instantáneos, reduciendo la ingesta de grasas.
Almidón de fosfato: fuertemente hidrófilo (los grupos fosfato forman enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua), la viscosidad de la pasta es alta y estable, se usa en recubrimientos para la fabricación de papel (para mejorar la retención de pigmentos), propiedades aniónicas (los fosfatos tienen carga negativa), se puede usar junto con aditivos catiónicos (como las sales de amonio cuaternario) y se puede usar como floculantes en el tratamiento de aguas residuales. El almidón de fosfato de calidad alimentaria no es tóxico y se puede utilizar como espesante para alimentos para bebés (como harina de arroz o puré de frutas).
Estearato de almidón: la hidrofobicidad mejora significativamente y se puede usar para preparar películas hidrofóbicas degradables (como materiales de embalaje) o portadores de medicamentos de liberación sostenida (los medicamentos se envuelven dentro de gránulos de almidón y se liberan lentamente).
La sal sódica de almidón modificado con anhídrido octenil succínico (almidón OSA para abreviar) es un almidón modificado tensioactivo no iónico producido mediante la introducción de grupos de anhídrido octenil succínico (OSA) en el almidón mediante una reacción de esterificación. Su esencia es que, en condiciones alcalinas, el grupo hidroxilo del almidón reacciona con el grupo anhídrido de OSA para formar succinato de octenilo de almidón, que luego se neutraliza en una sal de sodio. Actividad interfacial y emulsificación Baja concentración micelar crítica (CMC),
Alta capacidad emulsionante: (aderezo para ensaladas, café mate, estabilidad de la emulsión).
Resistente a electrolitos (NaCl ≤ 5%) y ciclos de congelación-descongelación (-20℃/25℃ tres veces sin demulsificación).
Equilibrio hidrófobo-hidrófilo (valor HLB ajustable) adecuado para emulsificación O/W (como leche, leche saborizada)
Reticulación oxidativa de doble enlace: después del tratamiento con peróxido de hidrógeno, los dobles enlaces forman grupos epoxi y se mejora la resistencia del gel (se utiliza para el recubrimiento de crema de imitación).
En alimentos: sabores emulsionados, emulsiones de bebidas, fórmulas infantiles, productos horneados.
En cosmética: emulsionante en crema, portador de fármacos [cápsulas]
Impresión textil, emulsionante en petróleo crudo industrial.
TRATAMIENTO ENZIMÁTICO DEL ALMIDÓN
La biomodificación es el tratamiento enzimático del almidón, como ciclodextrina, maltodextrina, amilosa, etc., todos los cuales son almidones modificados obtenidos mediante tratamiento enzimático.
La modificación enzimática del almidón utiliza el efecto catalítico de las enzimas biológicas para cortar o reconstruir con precisión los enlaces glicosídicos de las moléculas de almidón mediante reacciones como hidrólisis, transglicosilación o desramificación, cambiando así su estructura molecular (como el peso molecular, el grado de ramificación, el número de extremos reductores, etc.) y, en última instancia, regulando sus propiedades físicas y químicas (como la solubilidad, las características de gelatinización, la digestibilidad, la viscosidad, etc.). En comparación con la modificación química tradicional, el tratamiento enzimático tiene las ventajas de condiciones suaves (temperatura y presión normales, pH neutro), alta especificidad, pocos subproductos y protección ecológica y ambiental. Es una dirección importante en el actual procesamiento profundo del almidón.
1. Propiedades de solubilidad y gelatinización
Dextrina de bajo peso molecular: Soluble en agua fría, la temperatura de gelatinización se reduce (la cadena molecular es corta y es fácil de absorber agua e hincharse).
Amilosa: solubilidad media (la amilosa es fácil de agregar), la temperatura de gelatinización aumenta (los enlaces de hidrógeno intermoleculares lineales son más fuertes).
Almidón resistente RS2 (tratamiento con enzimas no gelatinizadas): por ejemplo, después de la desramificación parcial por la pululanasa, el almidón con alto contenido de amilosa forma una estructura cristalina, es insoluble en agua fría y aún mantiene la resistencia a la digestión después de la gelatinización.
2. Viscosidad y estabilidad térmica
Maltodextrina (hidrólisis limitada por alfa-amilasa y glucoamilasa): baja viscosidad inicial (pequeño peso molecular), viscosidad estable a altas temperaturas (sin entrelazamiento molecular de cadena larga).
Jarabe con alto contenido de maltosa (tratamiento con beta-amilasa): viscosidad media, buena estabilidad térmica (la fuerza entre las moléculas de maltosa es débil y no es fácil de descomponer).
Almidón resistente (ciclación de transglucosidasa): baja viscosidad después de la gelatinización (la estructura del anillo no es fácil de absorber agua ni hincharse) y aún mantiene baja viscosidad después del enfriamiento.
3. Funciones digestivas y fisiológicas
Almidón de rápida digestión (RDS, hidrólisis completa por glucoamilasa): alto contenido en glucosa, digestión rápida
(usado en jarabe de glucosa, bebidas deportivas).
Almidón de digestión lenta (SDS, hidrólisis limitada por β-amilasa): principalmente maltosa y dextrina límite, digestión lenta
(utilizado en alimentos con IG bajo para retrasar el aumento del azúcar en sangre)
Almidón resistente (RS, desramificación y recocido enzimático): si se desramifica mediante la pululanasa y se trata con calor húmedo, forma una estructura cristalina y no es hidrolizado por las enzimas del intestino delgado.
(Función de la fibra dietética, reguladora de la flora intestinal)
4. Características funcionales de la aplicación.
Propiedades formadoras de película: El almidón con alto contenido de amilosa (después de la desramificación) tiene buenas propiedades formadoras de película y se utiliza para películas de embalaje degradables.
Estabilidad del sabor: la dextrina de extremo reductor bajo (tratamiento con α-amilasa) no es propensa a la reacción de Maillard y puede usarse para mantener el color en productos horneados.
