UNIVERSIDAD DE CHILE

FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS Y FARMACEUTICAS

PROPIEDADES VISCOELÁSTICAS Y REOLÓGICAS

ESTACIONARIAS DE SUSPENSIONES DE ALMIDÓN

NATIVO DE QUÍNOA

TESIS PRESENTADA A LA UNIVERSIDAD DE CHILE PARA OPTAR

AL GRADO DE MAGISTER EN CIENCIA DE LOS ALIMENTOS

POR

MARIA FRANCISCA ORTEGA BAEZA

Director de Tesis: Eduardo Castro M.

Codirector de Tesis: Lilian Abugoch J.

SANTIAGO – CHILE

2008

UNIVERSIDAD DE CHILE

FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS Y FARMACEUTICAS

INFORME DE APROBACION TESIS DE MAGISTER

Se informa a la comisión de postgrado de la facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas que la tesis de magíster presentada por la candidata

MARIA FRANCISCA ORTEGA BAEZA Ha sido aprobada por la Comisión Informante de tesis como requisito para optar al Grado de Magíster en Ciencia de los Alimentos, en el examen de defensa de Tesis rendido el ……………………………………………………………………… Director de Tesis: Prof. Eduardo Castro M. ……………………. Codirector de Tesis: Prof. Lilian Abugoch J. ………………......... Comisión Informante de Tesis: Prof. Alicia Rodríguez M. …………………… Fac. Cs. Qcas. Y Farmacéuticas Universidad de Chile Prof. Jaime Ortiz V. ……………………. Fac. Cs. Qcas. Y Farmacéuticas Universidad de Chile Prof. Fernando Osorio L. ................................. Facultad Tecnológica Universidad de Santiago de Chile

iii

DEDICATORIA

A Dios por su amor incondicional.

A Rodrigo por su compañía.

iv

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a todo el cuerpo docente perteneciente al Magíster en Ciencias de los

Alimentos por su gran entrega y sabiduría.

Agradezco en especial a los profesores Eduardo Castro por su apoyo en cada etapa del

postgrado y a la profesora Lilian Abugoch por su valiosa ayuda.

Agradezco al profesor Fernando Osorio de la Facultad Tecnológica de la Universidad de

Santiago de Chile por su ayuda en la realización de las mediciones reológicas.

v

INDICE DE MATERIAS

Página

I. INTRODUCCIÓN 1

1.1 Estructura del gránulo de almidón 1

1.2 Almidón de quínoa 4

II. OBJETIVOS E HIPÓTESIS 7

III. MATERIALES Y METODOLOGÍAS 8

3.1 Extracción de almidón 8

3.2 Análisis proximal 10

3.3 Ensayos reológicos 11

3.4 Análisis estadístico 12

IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 13

4.1 Resultados preliminares 13

4.2 Rendimiento en la extracción 14

4.3 Análisis proximal 14

4.4 Ensayos reológicos oscilatorios 15

4.4.1 Barridos de torque 15

4.4.2 Efecto de la temperatura. 17

4.4.3 Efecto de la frecuencia aplicada. 21

4.4.4 Efecto del tiempo de medición. 26

4.5 Ensayos reológicos estacionarios 29

4.5.1 Curva de fluidez 29

4.5.2 Comportamiento de las suspensiones de almidón 32

VI. CONCLUSIONES 34

BIBLIOGRAFÍA 36

ANEXOS 39

vi

INDICE DE TABLAS

Página

TABLA 1. Características del almidón de quínoa 13

TABLA 2. Propiedades de gelatinización de suspensiones de almidón de quínoa 14

TABLA 3. Análisis proximal de almidón de quínoa. 15

TABLA 4. Intercepto, constantes y correlaciones para suspensiones de

almidón de quínoa. 24

TABLA 5. Clasificación de suspensiones de almidón de quínoa. 25

TABLA 6. Cinética de gelificación. 28

TABLA 7. Energía de activación de suspensiones de almidón de quínoa 28

TABLA 8. Correlaciones del modelo de Casson para suspensiones

de almidón de quínoa. 33

TABLA 9. Constantes y correlaciones al ajustar los barridos de frecuencia

a un polinomio de orden 4. 39

TABLA 10. Constantes y correlaciones al ajustar los barridos de tiempo

a un polinomio de orden 4. 40

TABLA 11. G' de suspensiones de almidón de quínoa vs. almidón de arroz 41

vii

INDICE DE FIGURAS

Página

FIGURA 1. Representación esquemática de la estructura granular del almidón 2

FIGURA 2. Representación esquemática de los cambios en el almidón durante 2

el calentamiento en exceso de agua.

FIGURA 3. Diagrama de bloque de la extracción del almidón de quínoa. 8

FIGURA 4. Barridos de torque para suspensiones de almidón de quínoa al 20% p/v

40ºC (a); 50ºC (b); 60ºC (c) 16

y 70ºC (d). Al 40% p/v 40ºC (e); 50ºC (f); 60ºC (g).

FIGURA 5. G' y G'' para la suspensión de almidón de quínoa al 20% p/v 17

durante el calentamiento.

FIGURA 6. G' y G'' para la suspensión de almidón de quínoa al 40% p/v 18

durante el calentamiento.

FIGURA 7. Gelatinización de gránulos de almidón. 20

FIGURA 8. G' y G'' para la suspensión de almidón de quínoa al 20% p/v 21

durante la frecuencia aplicada

FIGURA 9. G' y G'' para la suspensión de almidón de quínoa al 40% p/v 22

durante la frecuencia aplicada

FIGURA 10. G' para suspensiones de almidón de quínoa a 40 ºC (a), 50ºC (b) 27

y 60ºC (c) en función del tiempo.

FIGURA 11. Curvas de fluidez para suspensiones de almidón de quínoa al 20% p/v. 30

25ºC (a); 30ºC (b); 40ºC (c); 50ºC (d) y 60ºC (e).

FIGURA 12. Curvas de fluidez para suspensiones de almidón de quínoa al 40% p/v. 31

25ºC (a); 30ºC (b); 40ºC (c); 50ºC (d) y 53ºC (e).

viii

NOMENCLATURA

A Constante de ecuación de Arrhenius (Pa s)

A.O.A.C American Society for Testing and Materials

DSC Calorimetría diferencial de barrido

Ea Energía de activación (J/mol)

G' Módulo de almacenamiento (Pa)

G'' Módulo de pérdida (Pa)

k Constante específica de velocidad (s-1)

Te Temperatura final de gelatinización (ºC)

Tg Temperatura de transición vítrea (ºC)

Tm Temperatura de fusión (ºC)

To Temperatura de inicio de gelatinización (ºC)

Tp Temperatura máxima de gelatinización (ºC)

ω Frecuencia angular (rad/s)

ΔH Variación de entalpía (J/g)

σ Esfuerzo de cizalla (Pa)

σο Umbral de fluencia (Pa)

η Viscosidad (Pa s)

η p Viscosidad plástica (Pa s )

γ Gradiente de deformación (s-1)

ix

RESUMEN

Se realizó un estudio de propiedades viscoelásticas y reológicas estacionarias de suspensiones de

almidón de quínoa (Chenopodium Quínoa Willd) de la variedad Mata Redonda. Los análisis

reológicos se realizaron a temperaturas de 25 a 70ºC para las concentraciones de 20 y 40%.

En los barridos de temperatura se observó para 20% que el incremento de G' comienza a los

55ºC, alcanzando valores de 4.790 Pa a los 65ºC y teniendo un valor máximo de 6.315 Pa a los

69,5ºC. Para 40% p/v el incremento de G' comienza a los 52,5ºC, alcanzando valores de 36.360

Pa a los 65,1ºC y teniendo un valor máximo de 23.860 Pa a los 69,7ºC. Coincidiendo los valores

con los registrados por el análisis del DSC. La temperatura crítica de gelificación se estimó a la

cual G' comienza a diferenciarse de G''.

Al realizar los barridos a temperaturas altas y a la mayor concentración, el almidón se tornó muy

rígido y el reómetro arrojó valores incoherentes.

En los barridos de frecuencia los valores máximos alcanzados por G' fueron 11; 8; 1.827 y 2.100

Pa a 20% (temperaturas de 40, 50, 60 y 70ºC, respectivamente) y 62; 499 y 6.300 Pa a 40%

(temperaturas de 40, 50 y 60ºC, respectivamente).

En los barridos se observó que los módulos de almacenamiento (G') fueron mayores a los

módulos de pérdida (G'') predominando la componente elástica por sobre la viscosa.

En el cálculo de la cinética de gelificación los valores de la constante específica de velocidad

fueron 0,01; 0,08 y 8,06 s-1 y 0,20; 1,56 y 6,26 s-1 para 20 y 40%, respectivamente.

Los valores de la energía de activación fueron 28,50 J/mol y 14,33 J/mol para 20 y 40%, con

correlaciones de 0,96 y 0,99, respectivamente.

Los valores de viscosidad plástica obtenidos en los barridos de reología estacionaria al someter

el almidón de quínoa a un gradiente de deformación máximo de 50 s-1 fueron 0,0006; 0,0212 y

0,2398 Pa s a 20% (temperaturas de 50, 60 y 70ºC, respectivamente) y 0,0013 y 0,0455 Pa s a

40% (temperaturas de 50 y 60ºC, respectivamente).

El almidón de quínoa se comportó como un fluido no-newtoniano, independiente del tiempo con

umbral de fluencia tipo Plástico ajustándose al modelo matemático de Casson.

x

SUMMARY

It was conducted a study viscoelastic and stationary rheological properties of quínoa starch

suspensions (Chenopodium Quinoa Willd) of the variety Mata Redonda. The rheological

analysis was conducted at temperatures of 25 to 70°C for concentrations of 20 and 40%.

At temperature sweeps was observed for 20% increased in G' at 55ºC, reaching values of 4,790

Pa at 65°C and having a maximum value of 6,315 Pa to 69,5°C. For 40% increased G' at 52,5ºC,

reaching values of 36,360 Pa to 65,1ºC and having a maximum value of 23,860 Pa to 69,7°C.

Coinciding with the registered values by analysis of DSC. The critical temperature of

gelification was estimated at which G' begins to differentiate from G''.

In conducting sweeps to high temperatures and higher concentration, starch became very rigid

and the rheometer registered inconsistent values.

In frequency sweeps the peak values reached by G' were 11, 8, 1,827 and 2,100 Pa at 20%

(temperatures of 40, 50, 60 and 70 ºC, respectively) and 62, 499 and 6,300 Pa at 40%

(temperatures of 40, 50 and 60ºC, respectively).

In sweeps was observed that the storage modules (G') were higher than those modules loss (G'')

where the elastic component prevailed over viscose component.

In calculating the gelification kinetics the values of speed specific constant were 0,01; 0,08 and

8,06s-1 and 0,20; 1,56 and 6,26s-1 for 20 and 40%, respectively.

The values of the activation energy were 28,50 J/mol and 14,33 J/mol for 20 and 40%, with

correlations of 0,96 and 0,99; respectively.

The plastic viscosity obtained in sweeps of stationary rheology to submit the quinoa starch to a

maximum gradient of deformation of 50s-1 were 0,0006; 0,0212 and 0,2398 Pa s at 20%

(temperatures of 50, 60 and 70ºC, respectively) and 0,0013 and 0,0455 Pa s at 40%

(temperatures of 50 and 60º C, respectively).

The starch quinoa behaved as a non-Newtonian fluid, independent of time with threshold creep

plastic type following the mathematical model of Casson.

1

I. INTRODUCCION

La funcionalidad del almidón en los sistemas alimenticios se ha investigado a partir del

estudio de las modificaciones estructurales, las transiciones de fase y las interacciones con otros

constituyentes. La consideración de este carbohidrato como un polímero parcialmente cristalino

plastificado por agua ha permitido avances en su fisicoquímica y estructura (Biliaderis, 1992).

1.1 Estructura del gránulo de almidón

El almidón existe en entidades discretas, semicristalinas las cuales reciben el nombre de

gránulos. El tamaño, la forma y la estructura de los gránulos difieren substancialmente entre

fuentes botánicas, los diámetros varían en un rango de 1 µm a 200 µm; las formas pueden ser

elípticas, esféricas, angulares; simples o compuestas. Existe amplia diversidad en la estructura y

las características del gránulo de almidón nativo, incluyendo variación significativa entre

gránulos de una misma especie. El almidón está compuesto por dos biopolímeros, diferentes en

su estructura (Rooney y Huang, 2001).

◊ La amilosa es un polímero esencialmente lineal compuesto enteramente por enlaces α-1-

4 D-glucopiranosa, aunque se presentan algunas ramificaciones en este polímero. La

amilosa se representa como una estructura de cadenas rectas aunque usualmente existe

en forma de hélice, lo cual le permite formar complejos con ácidos grasos libres, mono y

diglicéridos, alcoholes lineales y yodo.

◊ La amilopectina es la molécula predominante del almidón y es un polímero ramificado

de mayor tamaño que la amilosa, compuesta por segmentos unidos por enlaces α-1-4

glucosas conectadas por ramificaciones de enlace α-1-6.

La amilopectina es la responsable de la estructura del gránulo de almidón, el cual

consiste de áreas cristalinas (cristales, micelas) y no cristalinas (amorfas, fase gel), arregladas en

capas concéntricas (Figura 1). Las capas cristalinas están conformadas por dobles hélices de las

ramificaciones de la amilopectina, mientras que los puntos de ramificación están en las zonas

amorfas. El almidón presenta un grado de cristalinidad entre 20-40% (Jacobs y Delcour, 1998).

2

FIGURA 1. Representación esquemática de la estructura granular del almidón: (a) un gránulo con capas amorfas y semicristalinas, (b) vista expandida de la capa semicristalina de un anillo creciente, (c) estructura de la amilopectina dentro de la capa semicristalina (Tomado de Jacobs y Delcour, 1998)

Conceptos modernos consideran el gránulo de almidón como un polímero vítreo, el cual

existe en estado vítreo hasta que por calentamiento alcanza la temperatura de transición vítrea

(Tg) donde las moléculas pierden su organización y el polímero se vuelve gomoso. Con

calentamiento adicional eventualmente alcanza la temperatura de fusión (Tm), en la cual el

gránulo pierde su organización completamente (Figura 2) (Rooney y Huang, 2001).

FIGURA 2. Representación esquemática de los cambios en el almidón durante el calentamiento en exceso

de agua. (Tomado de Rooney y Huang, 2001)

3

La transición vítrea se induce por el cambio de temperatura de un polímero amorfo

vítreo a un estado progresivamente gomoso cuando se calienta (Tester y Debon, 2000).

La gelatinización es el término usado para describir eventos moleculares asociados con

el calentamiento de almidón en agua, el cual cambia de una forma semi-cristalina (la cual no es

digerible), a una forma eventualmente amorfa (digerible) (Tester y Debon, 2000). En

condiciones de exceso de agua, los puentes de hidrógeno de la región amorfa del gránulo se

rompen permitiendo que el agua se asocie con los grupos hidroxilos libres. Esto está definido por

la movilidad de las cadenas de los polímeros por encima del valor de la temperatura de

transición vítrea, ocurriendo el cambio de estado vítreo a gomoso (Figura 2). Este cambio a su

vez, facilita la movilidad molecular en las regiones amorfas, siendo un proceso reversible y

permitiendo el hinchamiento del grano. El gránulo se expande al mismo tiempo que los

polímeros se hidratan. Posteriormente se produce una transición molecular irreversible, la

disociación de las dobles hélices propias de la región cristalina (Camire y otros, 1990; Tester y

Debon, 2000).

La gelatinización es acompañada por un aumento en la viscosidad de la pasta de

almidón. Simultáneamente con la hinchazón, las moléculas de amilosa lineales son

desenrolladas, abandonando el gránulo, y se solubilizan en el medio circundante. El rango de

temperatura y el aumento en viscosidad para cada almidón hinchado y su ruptura son específicos

para cada almidón (Kim y Setser, 1992). En el calentamiento continuo, la mayoría de las pastas

de almidón no modificados exhiben un decrecimiento en la viscosidad después que se ha

alcanzado un máximo. Esta disminución es conocida como el fracaso de la pasta de almidón.

Este es el resultado de una gran solubilización y fragmentación de las estructuras del gránulo, de

tal modo que ya no pueden sostener un volumen grande de agua (Kim y Setser, 1992).

La retrogradación se puede ver como el fenómeno opuesto a la gelatinización. Los

polímeros solubles del almidón y los fragmentos insolubles se reasocian después del

calentamiento. Eventualmente se forman cristales, acompañados por un incremento gradual en la

rigidez y la separación de fases entre el polímero y el solvente (sinéresis). La aparición de

cristales influye en la textura, digestibilidad y aceptación de los productos con base en almidón

por parte del consumidor (Biliaderis, 1992; Rooney y Huang, 2001). Este fenómeno ocurre en

geles de almidón o en productos horneados, fritos, o extruidos, donde las moléculas de almidón

interaccionan después del añejamiento (Tester y Debon, 2000).

4

La retrogradación de almidón es un problema cuando el gel es congelado y

descongelado, como sucede con muchos productos alimenticios. Cuando el contenido de amilosa

en el almidón es bajo, la magnitud de la sinéresis es reducida y la pasta de almidón es más

estable. Por consiguiente, el almidón con un contenido bajo de amilosa se prefiere en ciertos

productos (Kim y Setser, 1992).

Aparte de su influencia en la retrogradación, hay otras maneras en que el contenido de

amilosa influencia en las propiedades estructurales, funcionales y tecnológicas de almidón. El

contenido de amilosa es generalmente asociado con una viscosidad máxima superior y una

proporción baja de rotura en la estructura, así como una baja viscosidad final y menos retroceso

(Baldwin, 2001; Bao y otros, 2001 y Grant y otros, 2001).

El conocimiento de las características fisicoquímicas de un almidón es importante para

seleccionar sus aplicaciones particulares. Aparte del contenido de amilosa otros factores como el

peso molecular de amilosa y amilopectina, el grado de ramificación de las moléculas y su

estructura fina molecular, contenido de lípidos y tamaño del gránulo, imparten las características

de almidón. Sin embargo en los cereales las propiedades de almidón parecen ser dominadas por

la variabilidad del contenido de amilosa (Zobel, 1988). Adicionalmente, gran cantidad de

almidón disponible comercialmente no se usa en su forma nativa sino es químicamente o

físicamente modificado para mejorar su funcionalidad para el uso en formulaciones de comidas

modernas. En general, la mejora esta dirigida hacia la estabilidad del almidón a altas

temperaturas, estabilidad al corte, claridad de la pasta y estabilidad al congelado y descongelado.

La mayoría de los almidones nativos son carentes de estas características en la mayoría de estos

aspectos (Taggart, 2004).

1.2 Almidón de quínoa

El almidón es el mayor componente de la quínoa, comprende aproximadamente el 55%

de la semilla y está presente en forma de gránulos pequeños de 1,5 µm de diámetro (Chauhan y

otros, 1992). Los gránulos pueden encontrarse en el perispermo como una sola entidad o como

agregado, de las estructuras compuestas (Lorenz, 1990). El almidón se encuentra en una matriz

de proteína que reduce la hidrólisis enzimática del almidón, por lo que disminuye su

digestibilidad (Ruales y Nair, 1994).

5

La proporción de amilosa y amilopectina es uno de los factores que determinan las

propiedades industriales importantes de los almidones. En la mayoría de las plantas, el almidón

consiste en 20-30% amilosa. Los informes en la literatura sugieren que el contenido de amilosa

en el almidón del quínoa es de 7 a 27% (Lorenz, 1990; Inouchi y otros, 1999; Praznik y otros,

1999 y Tang y otros, 2002).

Las propiedades de gelatinización del almidón están relacionadas con una variedad de

factores incluyendo el tamaño, proporción y tipo de organización cristalina, y la estructura del

gránulo de almidón. El almidón de quínoa gelatiniza a una temperatura relativamente baja, qué

es similar a la temperatura de gelatinización de almidón de trigo y papa, pero más baja que el

almidón de maíz (Inouchi y otros, 1999). Goering y DeHaas (1972) informaron que los

almidones de gránulo pequeño tienen, en general, una temperatura de gelatinización más baja

que los almidones de gránulo grande.

El almidón de quínoa tiene una capacidad de ligamiento con el agua y poder de

hinchazón superior que el almidón de trigo y cebada. Además, es muy estable al congelado y

descongelado y muestra una retrogradación pequeña que se piensa que es debido a su bajo

contenido de amilosa (Lorenz, 1990 y Ahamed y otros, 1996a). Sin embargo, Praznik y otros

(1999) informaron una baja estabilidad al congelado y descongelado para geles de almidón de

quínoa comparado a amaranto, alforfón e incluso geles de almidón de trigo. Almidón de quínoa

se muestra como un buen espesador para los rellenos hechos de trigo, papa, cebada y almidón de

amaranto (Lorenz, 1990).

El almidón de quínoa posee un tamaño de gránulo pequeño y clasificado con una

distribución estrecha. Esto lo hace aplicable en los ingredientes de la superficie en papeles de

impresión (Wilhelm y otros, 1998 y Nienke, 2005), también como un portador de material en

cosméticos (Whistler 1995), y en la industria textil y fotográfica (Biliaderis y otros, 1993 y

Nienke y otros, 2004). Otra aplicación de almidón de quínoa es como un relleno en películas

biodegradables. Un tamaño del gránulo pequeño puede sustancialmente aumentar el nivel de

almidón que puede ser incorporado en estas películas manteniendo su calidad (Lim y otros, 1992

y Nienke, 2005). Los resultados de incorporación de almidón en una película plástica con

estructura porosa refuerzan la accesibilidad de las moléculas de oxígeno y microorganismos al

plástico (Lim y otros, 1992, Ahamed y otros, 1996b). Debido al tamaño de gránulo

extremadamente pequeño, resulta muy apropiado para la dispersión de película por lo cual se ha

utilizado almidón de quínoa como un relleno biodegradable en las películas de LDPE. A una

6

carga dada, las películas llenas de almidón de quínoa muestran propiedades mecánicas mejores

que llenas de almidón de maíz (Ahamed y otros, 1996b y Nienke, 2005).

En aplicaciones alimenticias, los almidones de tamaño de gránulo pequeño y uniforme

producen una sensación bucal cremosa y una textura lisa exhibiendo propiedades parecidas a las

grasas, atributo deseable en postres helados y otras formulaciones de alimentos bajos en grasa y

libres de grasa (Nienke, 2005). Por ejemplo, el almidón de arroz tiene un tamaño de gránulo

uniformemente pequeño (2 a 8 µm, siendo el almidón más pequeño utilizado comercialmente), y

es muy conocido por impartir propiedades de texturas lisas y cremosas en los alimentos (Nienke,

2005).

La Compañía Nutrasweet (Chicago, IL) obtuvo una patente en 1992 por fabricar un

sustituto de hidrato de carbono cremoso a base de almidón de quínoa (Singer y otros, 1992).

El almidón de quínoa fue extraído y entonces mezclado con carboximetilcelulosa y calentado a

95 ºC; después de enfriado, resulta un fluido blanco que exhibe una textura cremosa. Whistler

(1997) también patentó la producción de un sustituto de grasa ocupando almidón de quínoa.

Einert en el año 2003 hace referencia sobre usos de almidones en recubrimientos de

papas francesas fritas en locales comerciales de comida rápida. Las papas se mantienen

calientes bajo una lámpara con calor por unos 20 minutos y luego de 7 minutos de tratamiento

ésta se vuelve suave y dobladiza. Las papas cubiertas de esta solución (a base de almidón) se

muestran con más dureza y firmeza en el tiempo con lo que estos restaurantes disminuyen la

cantidad de producto que se desecha luego de cierto tiempo por lo que existe un ahorro

económico.

Por otro lado se sabe que el uso industrial del almidón de arroz se debe en gran parte a

que este infiere al medio dureza y/o firmeza lo que es atribuible al tamaño del gránulo que es

bastante pequeño (Chang, 2003), características que se esperan encontrar en el almidón de

quínoa e incluso ser mejoradas ya que este posee un tamaño de gránulo mas pequeño.

7

II. OBJETIVOS E HIPÓTESIS

2.1 Objetivos

2.2.1 Objetivo general

Caracterizar las propiedades viscoelásticas y reológicas estacionarias de almidón nativo de

quínoa preparadas a distintos niveles de humedad y temperatura.

2.1.2 Objetivos específicos

• Extraer almidón nativo desde la semilla de quínoa.

• Determinar la influencia de la temperatura y concentración en las propiedades

viscoelásticas de las suspensiones de almidón a pH constante, mediante barridos de:

temperatura, frecuencia y tiempo.

• Determinar las propiedades reológicas estacionarias de suspensiones de almidón en

función de la temperatura, concentración y pH constante.

• Determinar el punto de gelificación del almidón nativo.

• Establecer los modelos respectivos que expliquen la situación estudiada.

2.1.3 Hipótesis

Los cambios en las propiedades viscoelásticas y estacionarias que sufren las suspensiones de

almidón en función de la temperatura y concentración, permiten detectar los cambios

estructurales y determinar las condiciones óptimas para proponer el uso de almidón de quínoa en

nuevos productos.

8

III. MATERIALES Y METODOLOGIAS

La semilla utilizada para extraer almidón corresponde a la semilla de Quínoa del ecotipo

Mata Redonda, cultivada y cosechada en la localidad de Pumanque el año 2003 (Provincia de

Colchagua) en la VI región.

3.1 Extracción de almidón

Los reactivos y equipos fueron los disponibles en el Laboratorio de Procesos de

Alimentos y Laboratorio de Bioquímica General de la Facultad de Ciencias Químicas y

Farmacéuticas de la Universidad de Chile.

Para solubilizar las proteínas en la etapa de molienda se utilizó hidróxido de sodio al

0,2% p/v y en la etapa de neutralización se utilizó acido clorhídrico al 0,1N.

La obtención del almidón de quínoa (Avilés y Jinés, 2005), se realizó como se muestra

en el siguiente diagrama de bloque:

FIGURA 3 Diagrama de bloque de la extracción del almidón de quínoa.

9

Descripción de etapas de la extracción del almidón de quínoa:

Limpieza: El ecotipo de quínoa Mata Redonda fue sometido a limpieza eliminando palos,

piedras y demás impurezas presentes.

Lavado: El lavado del grano de quínoa se realizó con la adición de agua potable en cantidad

suficiente para que el grano quede sumergido completamente. El grano de quínoa se lavó con

agua agitando con un batidor por períodos sucesivos de 10 minutos, dejando escurrir el agua y

luego enjuagando repetidas veces hasta la eliminación total de la saponina (espuma) o hasta que

desaparezca el amargor de la semilla.

Secado de Quínoa: Posterior al lavado se dejan escurrir las semillas durante una hora y se

introducen en la estufa por un tiempo determinado, que es definido con anterioridad por la

construcción de una curva de secado. El tiempo establecido para el secado es de 1 hora con 30

minutos a una temperatura de 60 ºC, para obtener finalmente los granos de quínoa con una

humedad de 13% b.s.

Molienda: Se dejan remojando las semillas por un tiempo de 2 horas en agua destilada en

relación 1: 3 (semilla: agua) de manera de ablandar el grano y luego se dejan escurrir. Con la

finalidad de solubilizar las proteínas y romper la unión entre el embrión y endospermo se utiliza

una licuadora casera para moler los granos de quínoa con el agregado de hidróxido de sodio al

0,2% p/v en proporciones 2:1 (NaOH: semilla), por un tiempo de 2 minutos a máxima velocidad

obteniéndose una suspensión homogénea.

Agitación: Con la finalidad de continuar con la solubilización de proteínas se procede a realizar

una etapa de agitación en un Vortex por un tiempo de 30 minutos y luego se deja reposar la

suspensión por 30 minutos adicionales.

Primera Centrifugación: Para eliminar las proteínas que se encuentran en el sobrenadante se

realiza una centrifugación a una velocidad de 6.000 rpm recuperando los sedimentos donde se

encuentra el almidón.

Tamizado: Para obtener el almidón y eliminar la fibra gruesa, fina y proteínas se procede a

pasar la pasta obtenida en la etapa anterior por una serie de tamices de tamaños 300, 212, 125,

53 y 37 micras, donde el almidón obtenido es una solución de color blanco similar a una

solución de leche. Para facilitar el arrastre del almidón se utiliza agua destilada.

Neutralización: Para neutralizar la solución, ésta se ajusta a un pH de 6 con la adición de HCl

0,1N bajo agitación y controlando con un medidor de pH.

10

Segunda Centrifugación: Se realiza a una velocidad de 6.000 rpm por un tiempo de 5 minutos,

eliminado el sobrenadante.

Lavado: Al almidón resultante se le adiciona agua destilada con la finalidad de realizar un

nuevo lavado, lo cual se vuelve a centrifugar y nuevamente se elimina el sobrenadante.

Secado de Almidón: El almidón obtenido es secado en la estufa por un tiempo determinado, el

cual es definido con anterioridad por la construcción de una curva de secado. El tiempo

establecido para el secado es de 7 horas a una temperatura de 30 ºC, para obtener finalmente los

gránulos de quínoa a una humedad de 10% b.s.

Envasado: El almidón obtenido es envasado en bolsas herméticas asegurándose de eliminar

todo el aire para así no modificar las características del almidón.

3.2 Análisis proximal

Los análisis se realizaron en triplicado y el valor promedio se calculó considerando el

intervalo de confianza del 95%, con el error estándar correspondiente ( )ntsx /±=μ .

Humedad

La determinación de la humedad se realizó siguiendo el Método Oficial Nº 925.10 de la

A.O.A.C (1996). Dicha determinación se realizó en el Laboratorio de Procesos de Alimentos de

la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas de la Universidad de Chile.

Proteína total

La determinación de proteínas totales se realizó siguiendo el Método Oficial Nº 991.20 de la

A.O.A.C (1996). Dicha determinación se realizó en el Laboratorio de Procesos de Alimentos de

la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas de la Universidad de Chile.

Materia grasa

La determinación de la materia grasa se realizó siguiendo el Método Oficial Nº 922.06 de la

A.O.A.C (1996). Dicha determinación se realizó en el Laboratorio de Procesos de Alimentos de

la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas de la Universidad de Chile.

Cenizas

La determinación de las cenizas se realizó siguiendo el Método Oficial Nº 923.03 de la A.O.A.C

(1996). Dicha determinación se realizó en el Laboratorio de Procesos de Alimentos de la

Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas de la Universidad de Chile.

11

Fibra cruda

La determinación de la fibra cruda se realizó siguiendo el Método Oficial Nº 925.10 de la

A.O.A.C (1996). Dicha determinación se realizó en el Laboratorio de Procesos de Alimentos de

la Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas de la Universidad de Chile.

Carbohidratos

La determinación de los carbohidratos se realizó por diferencia

3.3 Ensayos reológicos

Las mediciones reológicas se realizaron en la Facultad Tecnológica de la Universidad de

Santiago de Chile, se utilizó el Reómetro Carrimed CSL2 100 (TA Istruments New Castle,

Reino Unido), con sistema de placas paralelas de 4 cm de diámetro. La separación entre placas,

para todas las mediciones fue de 50 micras, tomando un valor que es 30 veces el tamaño del

gránulo como mínimo (Rao y Tattiyakul, 1999). Se prepararon soluciones de almidón a pH 6,5

(Spahn y otros, 2006) y concentraciones de 20 y 40% p/v (Anastase y otros, 2005) para todas las

mediciones reológicas, las cuales se realizaron en triplicado.

a).- Flujo oscilatorio: Para las mediciones reológicas de flujo oscilatorio se observó la

dependencia de factores como temperatura, frecuencia y tiempo.

Barrido de torque: Este barrido permite determinar la región viscoelástica lineal y todos

los análisis posteriores se realizaron dentro de esta región.

El barrido de torque se realizó aplicando un esfuerzo de cizalla entre 0,1 y 10 Pa a una

frecuencia de 6,28 rad/s y temperaturas de 40, 50, 60 y 70 ºC.

Barrido de temperatura: Las mediciones se realizaron para determinar como varían los

módulos estructurales con respecto a cambios de temperatura. El tratamiento térmico se llevó a

cabo en el reómetro y la gelatinización ocurrió in situ midiéndose simultáneamente las

propiedades reológicas.

Las suspensiones fueron calentadas en un rango de temperatura de 25 a 70 ºC a razón de

1,5 ºC/min, y la frecuencia aplicada fue de 6,28 rad/s.

Barrido de frecuencia: Las mediciones se realizaron para determinar como varían los

módulos estructurales con respecto a cambios de frecuencia. El rango de frecuencia se hizo

variar de 0 a 100 rad/s, las temperaturas fueron 25, 30, 40, 50, 60 y 70 ºC.

12

Barrido de tiempo: Las mediciones se realizaron para determinar como varían los

módulos estructurales con respecto al tiempo. El tiempo estimado de medición fue de 15

minutos, a una frecuencia de 6,28 rad/s, y una temperatura de 40, 50, 60 y 70 ºC.

La información recopilada de los ensayos se utilizará para obtener el módulo de

almacenamiento o componente elástica (G') y el módulo de pérdida o componente viscosa (G'').

Además se realizó mediante el programa Curve Expert 1.3 (Hyams, 2005) un ajuste a las

curvas de regresión que mejor representen el conjunto de datos obtenidos experimentalmente.

b).- Flujo estacionario: Para las mediciones de flujo estacionario se estimaron las

temperaturas de 25, 30, 40, 50, 60 y 70 ºC, y un gradiente de deformación de 0 a 50 s-1.

3.4 Análisis Estadísticos

Se realizó mediante el programa Statgraphics Plus 5.1 Profesional (Manugistics Inc.,

USA) un análisis de varianza (ANOVA) para determinar si existen diferencias significativas

entre los valores obtenidos para los triplicados de cada muestra, de no ser así, se podrían tratar

como un promedio. Luego se realizaron sucesivos análisis de varianza y pruebas de rango

múltiple de diferencias honestamente significativas según Tukey. El nivel de confianza usado

fue de un 95%.

13

IV. RESULTADOS Y DISCUSION

4.1 Resultados Preliminares

Se hicieron algunas mediciones preliminares de las características del almidón de la

quínoa a usar, varios autores han realizado estudios sobre el almidón de quínoa donde se ha

encontrado que la temperatura de gelatinización, contenido de amilosa y tamaño de gránulo que

se presentan a continuación son los siguientes.

La temperatura de gelatinización del almidón de quínoa del ecotipo Mata Redonda de la

VI Región fue: To = 60-61ºC; Tp = 66–67 ºC y Te = 72-76 ºC, donde To es la temperatura de

inicio, Tp es la temperatura máxima y Te es la temperatura final de la gelatinización, siendo

similar a la del trigo y almidón de la papa, pero más baja que el almidón de maíz (Inouchi y

otros, 1999). Esto concuerda con lo informado por Tapia (2000) donde encontró para el almidón

de quínoa de distintas variedades valores de To= 55-58 ºC y Te= 58-72 ºC. Por su parte Nienke

(2005) encontró temperaturas de gelatinización para 6 variedades de quínoa entre To = 45-54 ºC

y Tp = 51-62 ºC. Se han reportado para distintas variedades de almidones de quínoa contenidos

de amilosa de 14-27% y 3-20%; con un tamaño del gránulo de 0,81-1,45 y 1,5 µm de diámetro

(Tapia, 2000 y Nienke, 2005, respectivamente).

Las tablas 1 y 2 muestras resultados obtenidos por Avilés y Jinés (2005) para el almidón

de quínoa y específicamente de la variedad Mata Redonda, mismo ecotipo de este estudio.

TABLA 1. Características del almidón de quínoa

Análisis Almidón de quínoaMata Redonda

Humedad (%) 10,00 +/- 0,10Proteína total (%) 0,30 +/- 0,00Materia grasa (%) 0,81 +/- 0,02Cenizas (%) 0,41 +/- 0,01Fibra cruda (%) 0,40 +/- 0,00Carbohidratos (%) 88,1Amilosa (%) 9,70 +/- 0,05Tamaño del gránulo (micrón) 0,6 - 1,2Forma del gránulo PoliédricaFuente: Avilés y Jinés (2005)

14

TABLA 2. Propiedades de gelatinización de suspensiones de almidón de quínoa

4.2 Rendimiento en la Extracción

El método de extracción del almidón fue por medio de molienda húmeda (ver métodos),

lo que permitió una buena separación, el cual una vez seco presenta un color blanquecino. En

cuanto al rendimiento obtenido en la extracción fue de 25,70% para el almidón de quínoa del

ecotipo Mata Redonda.

Garín y otros (1998) obtuvieron rendimientos en la extracción de almidón de quínoa de

36,63% y 37, 60% y Raygada (2001) para otras dos variedades de quínoa obtuvo 18,57% y

24,78%.

Por los resultados obtenidos se ve que es necesario elevar el rendimiento de la extracción

y así ser más competitivo en el mercado de los almidones. Al parecer el rendimiento de la

extracción está asociado con los gránulos pequeños que quedan atrapados en la proteína que

luego es descartada. Para aumentar el rendimiento en la extracción Chang (2003) propone

adicionar al proceso etapas de centrifugación para purificar por separado el sobrenadante (que

lleva parte de almidón) y el almidón (que contiene proteínas).

4.3 Análisis Proximal

La tabla 3 muestra los resultados del análisis proximal realizado al almidón extraído de

la semilla de quínoa del ecotipo Mata Redonda.

Concentración To Tp Te H(% p/v) (ºC) (ºC) (ºC) (J/g)

20 60,80 66,48 74,33 3,2530 60,46 65,58 71,98 2,3540 60,38 65,87 73,84 3,3250 59,70 65,77 75,99 4,27

Fuente: Avilés y Jinés (2005)

15

TABLA 3 Análisis proximal de almidón de quínoa.

Análisis ResultadoHumedad 12,00 +/- 0,02Proteína total 1,05 +/- 0,02Materia grasa 1,32 +/- 0,01Cenizas 0,31 +/- 0,02Fibra cruda 0,32 +/- 0,03Carbohidratos 85Con un nivel de confianza del 95%

Comparando los resultados del análisis proximal realizado a las suspensiones de almidón

de quínoa del ecotipo Mata Redonda por Avilés y Jinés (2005) con los obtenidos en este estudio

(Humedad 12%; proteínas 1,05%; materia grasa 1,32%; cenizas 0,31%; fibra cruda 0,32% y

carbohidratos 85), éstos se encuentran fuera del intervalo de confianza del 95%, a excepción del

porcentaje de cenizas, fibra cruda y carbohidratos que se encuentran dentro del rango. En general

existe variabilidad de la composición del almidón ya que depende en muchos casos de los

equipos utilizados en la extracción de éste, con todas las desventajas que esto puede ocasionar.

Por ejemplo; en el proceso de extracción del almidón de quínoa y específicamente los tamices

utilizados fueron de números diferentes a los de Avilés y Jinés (2005) ya que fue dificultoso

obtener los mismos, influyendo esto en el tamizado donde se procedió a pasar la pasta obtenida

que debió arrastrar algo de proteínas.

4.4 Ensayos reológicos oscilatorios

4.4.1 Barridos de torque.

En la figura 4 se muestran los barridos de torque realizados a las suspensiones de almidón

de quínoa aplicando un esfuerzo de cizalla de 0,1 a 10 Pa. La frecuencia fue constante de 6,28

rad/s y temperaturas de 40, 50, 60 y 70 ºC para las concentraciones de 20 y 40% p/v.

16

FIGURA 4. Barridos de torque para suspensiones de almidón de quínoa al 20% p/v

40ºC (a); 50ºC (b); 60ºC (c) y 70ºC (d). Al 40% p/v 40ºC (e); 50ºC (f); 60ºC (g).

0

2

4

6

8

10

0,0 -1,3 -0,4 0,2 0,5 0,8 1,0 1,1

ln (Deformación) (%)

ln (G

' y G

'') (P

a)

G'

G''

0

2

4

6

8

10

0,0 -1,3 -0,4 0,2 0,5 0,8 1,0 1,1

ln (Deformación) (%)

ln (G

' y G

'') (P

a)

G'

G''

0

2

4

6

8

10

0,0 -1,3 -0,4 0,2 0,5 0,8 1,0 1,1

ln (Deformación) (%)

ln (G

' y G

'') (P

a)

G'

G''

0

2

4

6

8

10

0,0 -1,3 -0,4 0,2 0,5 0,8 1,0 1,1

ln (Deformación) (%)

ln (G

' y G

'') (P

a)

G'

G''

a

dc

b

0

2

4

6

8

10

0,0 -1,4 -1,0 -0,7 -0,4 -0,3 -0,1 0,0 0,2 0,3

ln (Deformación) (%)

ln (G

' y G

'') (P

a)

G'

G''

0

2

4

6

8

10

0,0 -1,4 -1,0 -0,7 -0,4 -0,3 -0,1 0,0 0,2 0,3

ln (Deformación) (%)

ln (G

' y G

'') (P

a)

G'

G''

0

2

4

6

8

10

0,0 -1,4 -1,0 -0,7 -0,4 -0,3 -0,1 0,0 0,2 0,3

ln (Deformación) (%)

ln (G

' y G

'') (P

a)

G'

G''

e

g

f

17

De la figura 4 se analizaron las zonas donde los módulos de almacenamiento y pérdida

no sufren grandes cambios, es decir, donde presentan comportamiento constante frente a las

variaciones de deformación, lo que asegura que no existan cambios estructurales durante las

mediciones (Steffe, 1996).

En los barridos realizados a 20% p/v de concentración, se observó un comportamiento de

estabilidad de la estructura formada, hasta la deformación cercana al 3%, a diferencia de los

barridos a 40% p/v de concentración donde solo llega al 1,5%.

De los barridos de torque se pudo fijar las condiciones a utilizar en los siguientes barridos,

de este análisis se puede deducir que las suspensiones presentan un comportamiento lineal, el

cual varió con la concentración por lo que se fijaron dos valores de deformación para ser

aplicados. Por lo tanto los valores seleccionados de los barridos fueron 0,75% y 0,60% de

deformación para las 20 y 40% p/v respectivamente.

4.4.2 Efecto de la temperatura.

En las figuras 5 y 6 se muestran los barridos de temperatura realizados a las

suspensiones de almidón de quínoa a una frecuencia constante de 6,28 rad/s y una deformación

de 0,75% y 0,60% para las concentraciones de 20 y 40% p/v respectivamente.

0

2.000

4.000

6.000

8.000

50 51 52 52 53 54 56 58 61 62 63 64 66 70

Temperatura (ºC)

G' (

Pa)

y G

'' (P

a)

G' G''

FIGURA 5. G' y G'' para la suspensión de almidón de quínoa al 20% p/v

durante el calentamiento.

18

La figura 5 muestra que a los 55 ºC comienza a incrementarse el G', alcanzando un valor

de 4.790 Pa a los 65 ºC, luego teniendo un descenso leve alcanzando 3.676 Pa a los 66 ºC

demostrando que la estructura se pone menos estable y nuevamente se eleva hasta un valor

máximo de 6.315 Pa a los 69,5 ºC. Cuando ocurren descensos de G' se debe a que la suspensión

de almidón comienza a perder energía debido a que tiende a fluir mostrándose con el aumento de

G'' en el intervalo de 65 a 68 ºC.

En general la suspensión hasta los 70 ºC se mostró con pendiente positiva, es decir,

mostrándose positiva a la formación de estructura.

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

50 51 52 52 53 55 57 57 58 58 59 60 60 61 62 63 64 65 65 66 67 67 68 70

Temperatura (ºC)

G' (

Pa)

y G

'' (P

a)

G' G''

FIGURA 6. G' y G'' para la suspensión de almidón de quínoa al 40% p/v

durante el calentamiento.

La figura 6 muestra para la suspensión de almidón de quínoa al 40% que a los 52,5 ºC

comienza a incrementarse el G', alcanzando un valor de 36.360 Pa a los 65,1 ºC, luego teniendo

un primer descenso muy leve alcanzando 33.960 Pa a los 65,6 ºC y nuevamente se eleva hasta un

valor máximo de 42.490 Pa a los 67,4 ºC para luego volver a descender bruscamente a los 67,7

ºC alcanzando un valor de 23.860 Pa a los 69,7 ºC. A esta concentración el G'' tiende a elevarse

con mas fuerza, mostrando que durante el barrido la suspensión se encuentra menos estable, con

tendencia a perder energía y a fluir.

19

En general la suspensión se mostró con un ascenso paulatino hasta los 67,4 ºC, siempre

con pendiente positiva, es decir, mostrándose positiva a la formación de estructura.

Este incremento progresivo del G' se puede deber a que al incrementarse la temperatura

se produce el hinchamiento de los gránulos debido a que han absorbido agua durante la

gelatinización (Anastase y otros, 2005). Al contrario si sucediese que G' decrece, indicaría que

la estructura de gel comienza a destruirse durante calentamientos prolongados (Tsai y otros,

1997), esta situación se podría observar en la figura 6 a partir de los 69 ºC. Esta destrucción es

probablemente debido a la fusión de la región cristalina restante en el gránulo de almidón

hinchado que deforma y libera las partículas (Eliasson, 1986). También puede ocurrir que las

moléculas de amilopectina en las partículas hinchadas se desenreden debilitando la estructura del

almidón (Hsu y otros, 2000).

En el presente estudio para ambas concentraciones se observa un descenso de G' a los 66

y 65,6 ºC respectivamente, para descender completamente después de los 70 ºC para 20% p/v y a

los 67,7 ºC para 40% p/v. Sobre la temperatura de 70 ºC los geles son mas débiles tal como lo

describe Svegmark y Hermansson (1991b), donde G' se vuelve inestable y dificulta la medida

exacta.

Cabe destacar que la uniformidad de la temperatura es de especial importancia durante el

calentamiento del almidón en condiciones limitadas de agua. La inestabilidad del módulo de

almacenamiento a temperaturas elevadas se debe a que los gránulos que gelatinizan primero

absorben el agua de sus alrededores, limitando la disponibilidad de agua y así exacerbando las

diferencias en el grado de calentamiento (Canónico, 2003).

En nuestro caso durante el proceso de calentamiento, los valores de G' muestran

dependencia con la concentración, es decir, los cambios comienzan a observarse a temperaturas

inferiores para la concentración más elevada (40%), tal como lo plantea Rao y Tattiyakul (1999).

La compactación entre los gránulos hinchados de las suspensiones de almidón es la responsable

de que la temperatura de G' y G'' máximo fueran más bajas a la concentración mayor (Anastase y

otros, 2005).

El comportamiento reológico exhibido a ambas concentraciones de almidón es diferente,

cuando la concentración es mayor, el almidón se muestra inestable y el incremento de G' ocurre

en dos etapas (52,5 a 60 ºC y 63 a 67,4 ºC), lo que se debe al limitado hinchamiento de los

gránulos individuales, restringidos por el espacio disponible; a diferencia de las soluciones

menos concentradas.

20

En ambas figuras 5 y 6 a temperaturas de 55 y 52,5 ºC (20 y 40% p/v respectivamente),

comienza el incremento de G', que sigue incrementándose en forma considerable alcanzando

temperaturas de 65 y 65,6 ºC respectivamente, coincidiendo con los análisis del DSC. Se puede

interpretar como la temperatura crítica de gelificación a la cual G' comienza a diferenciarse de

G''. A temperaturas inferiores a 57 y 58 ºC (20 y 40% p/v respectivamente) no se observaron

diferencias significativas entre el módulo elástico (G') y el módulo viscoso (G''), siendo esta

temperatura un punto de inflexión por encima del cual G' fue superior a G'', especialmente sobre

los 65 ºC (Avanza y otros, 2004). El incremento considerable de G' se atribuye a la interacción

de los gránulos hinchados (Eliasson, 1986).

El punto de gelificación se obtiene de la intersección de G' y G'', en que para el almidón

de quínoa es de 53 a 55 ºC (20 y 40% p/v respectivamente). El almidón en estudio muestra en

ambos barridos que el módulo de almacenamiento (G') es mayor que el módulo de pérdida (G'')

mostrándose como un sólido elástico.

FIGURA 7 Gelatinización de gránulos de almidón.

En la figura 7 se muestran los eventos moleculares asociados con el calentamiento de

almidón en presencia de agua. En ella se puede observar la movilidad de los gránulos de

almidón, su posterior hinchamiento y finalmente la completa gelatinización del almidón, donde,

la amilosa y la amilopectina se encuentran libres al romperse el gránulo y formando una red.

Temperatura (ºC)

Vis

cosi

dad

21

4.4.3 Efecto de la frecuencia aplicada.

Continuando con el estudio del comportamiento reológico de las suspensiones de

almidón de quínoa se puede observar que las figuras 8 y 9 muestran los barridos de frecuencia

realizados al almidón de quínoa a temperaturas de 25, 30, 40, 50, 60 y 70 ºC y deformación

constantes de 0,75% y 0,60% para las concentraciones de 20 y 40% p/v, respectivamente.

FIGURA 8. G' y G'' para la suspensión de almidón de quínoa al 20% p/v

durante la frecuencia aplicada.

El efecto del tratamiento térmico en las características viscoelásticas durante los barridos

de frecuencia de las suspensiones de almidón de quínoa a 20% p/v se muestran en la figura 8. La

-8

-4

0

4

8

12

ln w (rad/s)

ln G

' (Pa

s)

25 ºC

30 ºC

40 ºC

50 ºC

60 ºC

70 ºC

-5

-3

-1

1

3

5

7

ln w (rad/s)

ln G

'' (P

a s)

25 ºC

30 ºC

40 ºC

50 ºC

60 ºC

70 ºC

-3,0 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

-3,0 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

22

suspensión presentó a 60 y 70 ºC un comportamiento del tipo gel fuerte semejante al

comportamiento encontrado para las proteínas de amaranto (Avanza y otros, 2004), cuya

estabilidad estaría relacionada con la completa formación de estructura.

FIGURA 9. G' y G'' para la suspensión de almidón de quínoa al 40% p/v

durante la frecuencia aplicada.

El efecto del tratamiento térmico en las características viscoelásticas durante los barridos

de frecuencia de las suspensiones de almidón de quínoa a 40% p/v se muestran en la figura 9. La

suspensión presentó a 60 ºC un comportamiento del tipo gel fuerte como ya se mencionara para

la concentración de 20% (Avanza y otros, 2004).

0

2

4

6

8

10

ln w (rad/s)

ln G

' (Pa

s)

25 ºC

30 ºC

40 ºC

50 ºC

60 ºC

0

2

4

6

8

ln w (rad/s)

ln G

'' (P

a s)

25 ºC

30 ºC

40 ºC

50 ºC

60 ºC

-3,0 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

-3,0 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

23

En estos barridos el aumento del valor de G' y G'' se produjo en forma mas gradual a

40% p/v que a la concentración menor, lo cual puede deberse a que el almidón comienza la

gelificación con anterioridad.

Los valores de los módulos a 20 y 40% p/v y al incrementar la temperatura de 50 a 60 ºC

son bastante distanciados. Esto se debe a que entre estas temperaturas el almidón ya ha

comenzado a gelatinizar.

La suspensión de almidón de mayor concentración (40% p/v) comienza su proceso de

gelatinización con anticipación que a más baja concentración (20% p/v), es por ello que el

barrido a mayor concentración y a 70 ºC no es relevante debido a que el almidón se tornó muy

rígido y las mediciones en el reómetro no se pudieron realizar. Se puede inferir de acuerdo a los

resultados que el almidón de quínoa es sensible a los cambios de humedad y temperatura.

Por lo general las propiedades de las suspensiones dependen del contenido de agua, ya

que el agua produce un efecto plastificante, aumentando la movilidad molecular y disminuyendo

el valor del módulo de almacenamiento G'. En las figuras 8 y 9 las suspensiones están bastante

concentradas disminuyendo la movilidad molecular siendo G' ascendente y estable. Por lo tanto

se puede deducir que G' y G'' se mantienen relativamente constantes con la frecuencia en casi

todos los barridos.

En todos los barridos se observa dependencia de la gelatinización con la concentración y

la temperatura. Encontrándose valores de los módulos G' y G'' superiores a concentraciones de

40% p/v medidas a la misma temperatura y lo mismo ocurre al incrementar la temperatura a

igual concentración. También se observó que el módulo de almacenamiento es mayor al módulo

de pérdida por lo que el material tiene un comportamiento más sólido que líquido, propia de los

almidones (Piña, 2001).

En anexo 1 se muestran los valores de los coeficientes y las variables obtenidas al ajustar

los valores de G' y G'' a un polinomio de orden 4, obteniéndose correlaciones desde 0,80 a 1,00

para G' y G'' (20% p/v) y desde 0,74 a 0,99 para G' y G'' (40% p/v) a las diferentes temperaturas

estudiadas en los barridos de frecuencia.

24

Comportamiento de las suspensiones de almidón de quínoa

Con las mediciones reológicas obtenidas durante el proceso de gelatinización, se

relacionaron la frecuencia con los módulos dinámicos los cuales se presentan en las siguientes

ecuaciones:

baG ω=' Ec. 1

dcG ω='' Ec. 2

Donde a y c son los interceptos o índices de consistencia obtenidos con los datos

dinámicos de G', G'' y ω.

TABLA 4. Intercepto, constantes y correlaciones para suspensiones de almidón de quínoa. G' G''

p/v /%) Temperatura (ºC) a (Pa s) b R2 c (Pa s) d R2

20 25 0,04 0,12 0,96 0,04 0,07 0,9120 30 0,05 0,12 0,94 0,08 0,06 0,8620 40 1,29 0,06 0,96 0,76 0,02 0,6220 50 0,37 0,09 0,90 0,34 0,07 0,8520 60 1427,81 0,01 0,92 64,17 0,01 0,8820 70 1468,21 0,01 0,85 85,64 0,01 0,6340 25 2,05 0,05 0,97 1,21 0,02 0,8640 30 2,54 0,04 0,93 1,25 0,02 0,7940 40 28,02 0,02 0,97 4,96 0,03 0,9440 50 357,45 0,01 0,92 46,85 0,01 0,8140 60 5075,09 0,01 0,91 228,97 0,01 0,81

De la tabla 4, a la concentración de 20% p/v de almidón de quínoa se puede observar un

cambio brusco del índice de consistencia al pasar de 50 a 60 ºC. Similar tendencia existe para la

concentración a 40% p/v donde el cambio brusco comienza a observarse a los 40ºC, continuando

a 50 ºC para pasar a 60 ºC. Estos incrementos pueden ser atribuibles a un aumento en la

viscoelasticidad de las suspensiones debido a las propiedades de espesamiento (Kim y Yoo,

2006).

Los índices de consistencia observados (Tabla 4) fueron mayores al elevar la

temperatura y la concentración lo que era de esperarse ya que este valor corresponde a la

25

pendiente de la curva que varía en forma ascendente con estas variables al graficar los módulos

versus la frecuencia. La suspensión va tomando viscosidad con la temperatura y concentración.

a).- Comportamiento de las suspensiones de almidón de quínoa según Steffe (1996).

Steffe (1996) define el comportamiento del material como solución diluida, concentrada

o gel cuando están sujetas a un barrido de frecuencia. Para una solución diluida G' > G'' en todo

el rango de frecuencia, pero pueden interceptarse a frecuencias altas; para una solución

concentrada G' y G'' se interceptan en la mitad del barrido de frecuencia mostrando una

tendencia más sólida y para un gel G' >> G'' en todo el rango del barrido y G' es casi

independiente de la frecuencia. En el caso del almidón de quínoa este se comporta más parecido

a un gel ya que en todos los barridos de frecuencia se encontró que G' es significativamente más

grande que G''.

Además para establecer no sólo por definición, a cual de estos 3 tipos de materiales

pertenece la suspensión en estudio, Steffe (1996) ajusta los valores de G' y G'' a una expresión

matemática y según los valores obtenidos (Tabla 4) se encontró que el almidón de quínoa se

clasifica de acuerdo a la concentración y temperatura ya sea en solución diluida, solución

concentrada o gel como se muestra en la Tabla 5.

TABLA 5. Clasificación de suspensiones de almidón de quínoa p/v /%) Temperatura (ºC) Clasificación

20 25 Sol. Diluida20 30 Sol. Diluida20 40 Sol. Concentrada20 50 Sol. Concentrada20 60 Gel20 70 Gel40 25 Sol. Concentrada40 30 Sol. Concentrada40 40 Sol. Concentrada40 50 Gel40 60 Gel

b).- Comportamiento de las suspensiones de almidón de quínoa según Rao (1999).

Rao (1999) define el estudio del tipo de gel al que pertenece el material de acuerdo a 2

definiciones.

26

Gel fuerte : G' es mayor a G'' en todo el rango de frecuencia y

casi independiente de la frecuencia

Gel débil : Hay dependencia más alta de G' con la frecuencia.

De acuerdo a lo anterior y mediante las figuras 8 y 9 entregadas por los barridos de

frecuencia, las suspensiones de almidón de quínoa se consideran como un Gel fuerte.

4.4.4 Efecto del tiempo de medición.

En la figura 10 se muestran los barridos de tiempo realizados a las suspensiones de

almidón de quínoa a temperaturas de 40, 50, 60 y 70 ºC y frecuencia constante de 6,28 rad/s.

En la figura 10 se observó que los valores del módulo de almacenamiento aumentan y se

van acercando entre ellos al elevar la temperatura para las diferentes concentraciones,

demostrando que a 40% p/v gelifica con anticipación que ha 20% p/v.

Estos barridos permiten estudiar el desarrollo y la estructura de los geles. La formación

de estructuras implica un cambio en la curva G' (Rao, 1999), estas estructuras pueden

estabilizarse a través del tiempo caracterizándose por ser G' independiente o dependiente del

tiempo. En este caso el almidón de quínoa se muestra estable hasta los 15 minutos, es decir, se

muestra independiente del tiempo.

Cabe mencionar que el tiempo escogido no fue al azar ya que a medida que se iba

elevando la temperatura, no se pudo continuar con los barridos por sobre los 15 minutos, lo que

hace pensar que sobre este tiempo ya no hay desarrollo de estructuras por el cambio tan brusco

de G' (Kim y Yoo, 2006), atribuible al bajo contenido de agua en las muestras.

Los barridos a temperatura de 70 ºC no se pudieron concluir en forma satisfactoria ya

que el almidón se tornó muy rígido imposibilitando las mediciones con el reómetro.

En anexo 1 se muestran los valores de los coeficientes y las variables obtenidas al ajustar

los valores de G' y G'' a un polinomio de orden 4, obteniéndose correlaciones desde 0,55 a 1,00

para G' y G'' (20% p/v) y desde 0,52 a 0,99 para G' y G'' (40% p/v) a las diferentes temperaturas

estudiadas en los barridos de tiempo.

27

FIGURA 10. G' para suspensiones de almidón de quínoa a 40 ºC (a), 50ºC (b)

y 60ºC (c) en función del tiempo.

0

50

100

150

0 121 228 335 443 551 659 789Tiempo (S)

G' (

Pa)

20% p/v40% p/v

0

100

200

300

0 121 228 335 443 551 659 789Tiempo (S)

G' (

Pa)

20% p/v40% p/v

b

a

0

1500

3000

4500

0 121 228 335 443 551 659 789Tiempo (S)

G' (

Pa)

20% p/v40% p/v

c

28

a) Cinética de gelificación de las suspensiones de almidón de quínoa

En la figura 10 se observó el módulo de almacenamiento de las suspensiones de almidón

de quínoa en función del tiempo a tres temperaturas. Con los datos obtenidos de G' para cada

temperatura y concentración en función del tiempo se ajustó el G' del almidón a una cinética de

orden cero , donde b es la pendiente que corresponde a la constante de velocidad

(unidades de s-1) como se puede observar en los resultados mostrados en la Tabla 6.

TABLA 6. Cinética de gelificación

p/v (%) Temperatura (ºC) R2

20 40 G' = 0,06 + 0,01 t 0,9920 50 G' = 8,17 + 0,08 t 0,8620 60 G' = 2225,40 + 8,06 t 0,7340 40 G' = 105,71 + 0,20 t 0,6040 50 G' = 70,96 + 1,56 t 0,9540 60 G' = 2779,80 + 6,26 t 0,80

Ecuación

Con el aumento de la temperatura de gelificación se detectó un aumento en la constante

específica de velocidad al aumentar las temperaturas de 40 a 50 ºC y luego de 50 a 60 ºC. Para

20% p/v el aumento fue de 9 y 97 veces y para 40% p/v fue de 8 y 4 veces. Al pasar los 50 ºC el

aumento de k es mayor, lo que se atribuye a que la suspensión está completamente gelificada.

Se buscó la dependencia del módulo elástico con la temperatura, mediante la ecuación

de Arrhenius. ( )RTEaAk /exp*= Ec. 3

De la ecuación de Arrhenius se obtienen los siguientes valores de la constante (A),

energía de activación (Ea) y correlaciones (R2):

TABLA 7. Energía de activación de suspensiones de almidón de quínoa

Energía de p/v (%) A (Pa s) Activación (J/mol) R2

20 2,15 28,50 0,9640 1,17 14,33 0,99

( )bxay +=

29

La energía de activación es la barrera energética que debe sobrepasar el almidón para

que ocurra la gelatinización. Los valores de energía de activación observados en el presente

estudio son bastante bajos, lo que indica que la constante específica de velocidad depende

mayoritariamente de la temperatura, es decir, que la gelificación está directamente relacionada

con la temperatura a que es sometido el almidón. Kim y Yoo (2006) observó valores de energía

de activación bastante más elevados para suspensiones de almidón de arroz, atribuible a que

fueron preparadas con mayor contenido de agua que en el presente estudio.

4.5 Ensayos reológicos estacionarios

4.5.1 Curva de fluidez

Se realizaron mediciones reológicas estacionarias a las suspensiones de almidón de quínoa

a concentraciones de 20 y 40% p/v, en un rango de temperaturas de 25 a 70 ºC y un gradiente de

deformación de 0 a 50s-1, para así obtener las curvas de fluidez respectivas.

Con los datos experimentales obtenidos se construyeron las figuras 11 y 12,

correspondientes a esfuerzo de cizalla (σ) y viscosidad (η) versus gradiente de deformación (γ)

para las suspensiones de almidón a ambas concentraciones. En las figuras 11 y 12 se muestra un efecto de altos y bajos en los valores de esfuerzo de

cizalla que podría ser atribuible al acomodo de los gránulos de almidón hinchados en la

suspensión de los que pueden sobreponerse o no unos con otros provocando matices durante la

medición (Piña, 2001)

En las figuras 11 y 12 de viscosidad versus gradiente de deformación se observa el

descenso de la viscosidad al aumentar el gradiente de deformación, pero ésta luego se estabiliza

mostrándose constante hacia el final del barrido. En este caso no existe un valor de gradiente de

deformación donde claramente el valor de la viscosidad se estabilice, sino que la figura muestra

una disminución gradual (Doublier y otros, 1986). Como es de esperar la viscosidad alcanza

valores más altos a mayor temperatura y concentración.

30

FIGURA 11. Curvas de fluidez para suspensiones de almidón de quínoa al 20% p/v.

25ºC (a); 30ºC (b); 40ºC (c); 50ºC (d) y 60ºC (e).

0,0

0,4

0,8

1,2

0 11 17 22 28 33 38 44 49

Gradiente de deformación (S-1)

Esfu

erzo

de

ciza

lla (P

a)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

Visc

osid

ad (P

a s)

Viscosidad

Esfuerzo de cizalla

0,0

0,4

0,8

1,2

0 11 17 22 28 33 38 44 49

Gradiente de deformación (S-1)

Esfu

erzo

de

ciza

lla (P

a)

0,0

0,2

0,4

0,6

Visc

osid

ad (P

a s)

Viscosidad

Esfuerzo de cizalla

a b

0

150

300

450

600

0 11 17 22 28 33 38 44 49

Gradiente de deformación (S-1)

Esfu

erzo

de

ciza

lla (P

a)

0

100

200

300

Visc

osid

ad (P

a s)

Viscosidad

Esfuerzo de cizalla

0

1

2

3

4

0 11 17 22 28 33 38 44 49

Gradiente de deformación (S-1)

Esfu

erzo

de

ciza

lla (P

a)

0,0

0,2

0,4

0,6

Visc

osid

ad (P

a s)

Viscosidad

Esfuerzo de cizalla

0

1

2

3

0 11 17 22 28 33 38 44 49

Gradiente de deformación (S-1)Es

fuer

zo d

e ci

zalla

(Pa)

0,0

0,2

0,4

0,6

Visc

osid

ad (P

a s)

Viscosidad

Esfuerzo de cizalla

c d

e

31

FIGURA 12. Curvas de fluidez para suspensiones de almidón de quínoa al 40% p/v.

25ºC (a); 30ºC (b); 40ºC (c); 50ºC (d) y 53ºC (e).

0

10

20

30

0 11 17 22 28 33 38 44 49

Gradiente de deformación (S-1)

Esfu

erzo

de

ciza

lla (P

a)

0

1

2

3

Visc

osid

ad (P

a s)

Viscosidad

Esfuerzo de cizalla

0

10

20

30

0 11 17 22 28 33 38 44 49

Gradiente de deformación (S-1)

Esfu

erzo

de

ciza

lla (P

a)

0

1

2

3

4

Visc

osid

ad (P

a s)

Viscosidad

Esfuerzo de cizalla

a b

0

2

4

6

8

0 11 17 22 28 33 38 44 49

Gradiente de deformación (S-1)

Esfu

erzo

de

ciza

lla (P

a)

0

1

2

3

4

5

Visc

osid

ad (P

a s)

Viscosidad

Esfuerzo de cizalla

0

5

10

15

20

0 11 17 22 28 33

Gradiente de deformación (S-1)

Esfu

erzo

de

ciza

lla (P

a)0

2

4

6

8

10

Visc

osid

ad (P

a s)

Viscosidad

Esfuerzo de cizalla

0

40

80

120

0 11 17 22 28 33 38 44 49

Gradiente de deformación (S-1)

Esfu

erzo

de

ciza

lla (P

a)

0

100

200

300

Visc

osid

ad (P

a s)

Viscosidad

Esfuerzo de cizalla

c d

e

32

4.5.2 Comportamiento de las suspensiones de almidón

Luego de construir las figuras 11 y 12 se analizan las curvas obtenidas en los ensayos

reológicos estacionarios mediante las expresiones matemáticas que se utilizan corrientemente en

el estudio de la reología (Steffe, 1996). Se ajustó la suspensión de almidón de quínoa a diferentes

modelos y el que mejor representó el conjunto de datos experimentales fue un fluido plástico

tipo Casson (1959).

El modelo matemático definido por Casson (1959) para un fluido es:

*γησσ po += Ec. 4

Donde:

σ = Esfuerzo de cizalla (Pa)

σο = Umbral de fluencia requerido para que el flujo se ponga en movimiento (Pa)

Representa el valor del esfuerzo cortante para gradiente de deformación nula.

np = Viscosidad plástica definida por Casson (Pa s )

γ∗ = Gradiente de deformación (s-1)

Por lo tanto el almidón de quínoa se comportó como un fluido no-newtoniano,

independiente del tiempo con umbral de fluencia tipo plástico y ajustándose al modelo

matemático de Casson como se muestra en la tabla 7.

33

TABLA 8. Correlaciones del modelo de Casson para suspensiones de almidón de quínoa.

p/v /%) Temperatura (ºC) (Pa s) (Pa) R2

20 25 - 1,257 0,5820 30 0,0009 0,652 0,8120 40 0,0009 0,679 0,8320 50 0,0006 0,736 0,8120 60 0,0212 3,303 0,8120 70 0,2398 4,196 1,0040 25 0,0004 1,195 0,6040 30 0,0006 1,246 0,7140 40 0,0005 1,373 0,6540 50 0,0013 1,673 0,6140 53 0,0455 1,684 0,99

Los datos obtenidos de la viscosidad plástica (tabla 7) indican un carácter de

espesamiento para la suspensión de almidón de quínoa a ambas concentraciones, lo que se

evidencia a mayor temperatura. Por lo tanto se muestra dependencia de la viscosidad con la

temperatura.

Estos fluidos con umbral de fluencia se comportan como un sólido hasta que sobrepasan

un esfuerzo cortante mínimo y a partir de dicho valor se comporta como un líquido. La razón por

la cual estos fluidos se comportan de esta manera se debe a la interacción existente entre las

partículas suspendidas en su interior, formando una capa llamada de solvatación. (Ramirez,

2006).

Los fluidos con umbral de fluencia forman coloides cuyas fuerzas repulsivas tienden a

formar estructuras de tipo gel. Si las partículas son muy pequeñas poseen entonces una gran

superficie específica, rodeados de una capa de adsorción formada por moléculas de fase

continua. Gracias a esta capa, las partículas inmovilizan gran cantidad de fase continua hasta que

no se aplica sobre ellas un esfuerzo cortante determinado (Ramirez, 2006).

σoηp

34

CONCLUSIONES

◊ El método de extracción del almidón fue por medio de molienda húmeda, lo que

permitió una buena separación, comparada con estudios previos. El almidón obtenido

presentó un color blanquecino.

◊ El almidón extraído del ecotipo Mata Redonda es de bajo porcentaje de amilosa lo que

lo hace ser un almidón con características excepcionales, considerando que a nivel

industrial los almidones poseen en promedio un 20% de amilosa exceptuando los

almidones céreos.

◊ El almidón extraído del ecotipo Mata Redonda posee una forma del gránulo poliédrica y

un tamaño bastante pequeño entre 0,60 a 1,20 micrón. Esta última característica lo

muestra como un almidón único, ya que el tamaño del gránulo es incluso más pequeño

que el almidón de arroz el cual debe su popularidad a ello.

◊ El almidón presentó comportamiento viscoelástico dentro de los rangos de

concentración y temperatura estudiados.

◊ En los barridos de temperatura se observó dependencia de la gelatinización con la

concentración, mostrándose que el proceso de gelatinización comienza con anticipación

a mayor concentración.

◊ En los barridos de frecuencia se observó dependencia de la gelatinización con la

concentración y temperatura, también las suspensiones de almidón de quínoa se

mostraron independientes de la frecuencia sobre los 50ºC.

◊ En los barridos de tiempo se observó dependencia de la gelatinización con la

concentración y temperatura, también las suspensiones de almidón de quínoa se

mostraron independientes del tiempo.

◊ En los barridos de reología oscilatoria se observó que los módulos de almacenamiento

(G') fueron mayores a los módulos de pérdida (G'') predominando la componente

elástica por sobre la viscosa.

◊ En el cálculo de cinética de gelificación los valores observados de energía de activación

son relativamente bajos al compararlo con estudios previos de almidón de arroz, lo que

indica que la constante específica de velocidad depende mayoritariamente de la

temperatura.

35

◊ En los barridos de reología estacionaria se observa que no existe un valor de gradiente

de deformación donde el valor de la viscosidad se estabilice, sino que las figuras

muestran una disminución gradual de esta y estabilizándose la viscosidad hacia el final

del barrido.

◊ Las suspensiones de almidón de quínoa se comportaron como un fluido no-newtoniano,

independiente del tiempo con umbral de fluencia tipo Plástico.

◊ Después de analizar distintos modelos reológicos para los comportamientos de las

suspensiones de almidón de quínoa se determinó que el almidón de quínoa se ajusta al

modelo matemático de Casson.

◊ El comportamiento reológico exhibido a ambas concentraciones de almidón es diferente,

mostrándose inestable a la concentración mayor. Lo anterior es debido al limitado

hinchamiento de los gránulos individuales, restringidos por el espacio disponible; a

diferencia de las soluciones menos concentradas.

◊ Del estudio realizado a las suspensiones de almidón de quínoa se concluye que este

almidón va a inferir al medio en donde lo adicionemos mayor dureza y/o firmeza que el

almidón de arroz. Por lo tanto podría ser utilizado en nuevos productos alimenticios.

(ANEXO 2).

◊ Finalmente las propiedades viscoelásticas y estacionarias observadas en el presente

trabajo de investigación arrojaron resultados dentro de lo esperado, en donde el almidón

de quínoa tiene características muy similares al almidón de arroz e incluso han sido

mejoradas. Por lo tanto si el uso del almidón de arroz a nivel industrial ha tenido éxito

en las últimas décadas, podemos mirar el futuro junto a nuevos desarrollos de productos

alimenticios preparados con suspensiones de almidón de quínoa.

36

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39

ANEXO 1

Mediante software Curvexpert 1.3 y seleccionando un polinomio de orden 4,

432 exdxcxbxay ++++= Se obtiene:

TABLA 9. Constantes y correlaciones al ajustar los barridos de frecuencia

a un polinomio de orden 4.

G'

p/v (%) Temperatura (ºC) a b c d e R2

20 25 0,06 -9,3E-02 4,8E-02 -5,3E-03 2,2E-04 0,9920 30 0,01 2,0E-02 9,7E-03 -5,0E-04 4,2E-05 1,0020 40 1,12 2,8E-01 -2,3E-02 6,1E-03 -2,1E-04 0,9920 50 0,29 -2,5E-01 1,5E-01 -1,3E-02 3,9E-04 1,0020 60 878,59 4,2E+02 -8,3E+01 6,8E+00 -1,9E-01 0,8020 70 867,79 5,4E+02 -1,1E+02 9,7E+00 -2,7E-01 0,8640 25 1,86 -1,9E-01 1,9E-01 -1,8E-02 5,9E-04 0,9940 30 2,48 -7,0E-02 1,1E-01 -8,0E-03 2,3E-04 0,9640 40 19,54 7,1E+00 -1,1E+00 7,8E-02 -1,8E-03 0,9340 50 210,54 1,2E+02 -2,2E+01 1,8E+00 -5,0E-02 0,8640 60 3249,00 1,6E+03 -3,5E+02 3,0E+01 -8,7E-01 0,74

G''p/v (%) Temperatura (ºC) a b c d e R2

20 25 0,02 2,0E-03 8,4E-03 -1,2E-03 4,8E-05 0,9820 30 0,02 5,5E-02 -2,6E-03 -1,9E-04 1,9E+00 0,9720 40 0,50 2,4E-01 -3,4E-02 1,6E-03 -3,6E-06 0,8420 50 0,18 -7,2E-02 8,4E-02 -7,7E-03 2,1E-04 1,0020 60 43,54 2,0E+01 -4,3E+00 4,0E-01 -1,2E-02 0,8620 70 55,14 3,1E+01 -6,8E+00 5,9E-01 -1,7E-02 0,8140 25 1,04 2,1E-01 -3,0E-02 2,2E-03 -3,1E-05 0,9240 30 1,14 1,5E-01 -1,5E-02 6,9E-04 1,8E-05 0,9040 40 3,68 9,5E-01 -2,7E-02 -4,8E-03 3,7E-04 0,9640 50 35,85 8,7E+00 -1,7E+00 1,5E-01 -4,3E-03 0,7440 60 164,07 7,3E+01 -1,7E+01 1,6E+00 -4,5E-02 0,85

40

TABLA 10. Constantes y correlaciones al ajustar los barridos de tiempo

a un polinomio de orden 4.

G'

p/v (%) Temperatura (ºC) a b c d e R2

20 40 0,08 6,4E-04 -2,7E-07 1,4E-09 -1,1E-12 1,0020 50 4,54 4,6E-02 -1,1E-04 1,2E-07 -4,7E-11 0,9620 60 1319,20 1,2E+01 -4,1E-02 5,6E-05 -2,7E-08 0,8720 70 899,25 3,8E+00 -1,2E-02 1,7E-05 -8,5E-09 0,6840 40 67,99 5,3E-01 -1,9E-03 2,7E-06 -1,3E-09 0,7640 50 39,13 6,5E-01 -2,0E-03 2,7E-06 -1,2E-09 0,9940 60 1895,77 1,2E+01 -4,1E-02 5,9E-05 -2,9E-08 0,73

G''p/v (%) Temperatura (ºC) a b c d e R2

20 40 0,10 3,9E-04 -5,9E-07 6,9E-10 -3,1E-13 0,9520 50 0,98 1,9E-03 4,1E-06 -2,0E-08 1,7E-11 0,6720 60 84,06 5,1E-01 -2,2E-03 3,5E-06 -1,8E-09 0,5420 70 97,82 1,6E-01 -9,7E-04 1,5E-06 -7,1E-10 0,5540 40 10,60 4,7E-02 -2,2E-04 3,7E-07 -2,0E-10 0,5840 50 5,82 9,6E-02 -3,1E-04 2,7E-07 5,8E-11 0,9740 60 170,61 -6,9E-01 4,2E-03 -8,2E-06 5,1E-09 0,52

41

ANEXO 2

Comparación de suspensiones de almidón de Quínoa del ecotipo Mata Redonda versus

suspensiones de almidón de arroz de origen Chino a concentraciones de 20 y 40% p/v, mediante

barridos de temperatura de 25 a 70 ºC.

TABLA 11. G' de suspensiones de almidón de quínoa vs. Arroz

Incremento IncialAlmidón Amilosa (%) Gránulo (mm) % p/v Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) G' (Pa)Quínoa 9,7 0,6 - 1,2 20 55 69,5 6.315

40 53 67,4 43.490Arroz 16,95 3 - 8 20 68 71,0 813

40 65 69,3 6.038Fuente: Anastase (2005), Avilés y Jinés (2005) y trabajo actual.

Incremento Máximo

Los datos de las suspensiones de almidón de quínoa del ecotipo Mata Redonda como el

contenido de amilosa y tamaño del gránulo son los obtenidos por Avilés y Jinés (2005). El

presente estudio entregó valores de los módulos de almacenamiento (G') observados en la tabla

10, mediante los barridos de temperatura mostrados anteriormente.

Los datos de las suspensiones de almidón de arroz fueron los obtenidos por Anastase (2005).

En la tabla 10 se muestra la temperatura inicial cuando el módulo de almacenamiento (G')

comienza a diferenciarse del módulo de pérdida (G'') y la temperatura donde el G' alcanza el

valor máximo para ambas suspensiones de almidón a concentraciones de 20 y 40% p/v.

En conclusión queda demostrado que ambas suspensiones de quínoa y arroz a las mismas

concentraciones no tienen el mismo comportamiento. El almidón de quínoa alcanza valores más

elevados de G' que el almidón de arroz, indicando que puede ser utilizado en nuevos productos

alimenticios.