Aplican ozono y calentamiento en seco para mejorar las propiedades del almidón de mandioca

Estos métodos, considerados emergentes, son ambientalmente amigables y pueden implementarse en la industria en diversos sectores

Por Karina Ninni  |  Agência FAPESP – Un grupo de investigadores de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, de la Universidad de São Paulo (Esalq-USP), en Brasil, puso a prueba por primera vez la aplicación conjunta de dos técnicas de modificación del almidón que no generan residuos o efluentes: el uso del ozono y del calentamiento en seco (DHT, por sus siglas en inglés). Los científicos creen que los resultados pueden contribuir para incrementar las posibilidades de aplicación de la fécula de mandioca o yuca en distintos sectores productivos. El artículo al respecto salió publicado en el International Journal of Biological Macromolecules.

Los almidones, naturalmente presentes en los vegetales, en donde cumplen la función de reserva de energía, son también ingredientes sumamente importantes para la industria, tanto la alimenticia como las de papel, telas, fármacos y pinturas, y se emplean incluso en los procesos de extracción de petróleo. De acuerdo con el ingeniero en alimentos Pedro Esteves Duarte Augusto, quien se desempeñaba como investigador del Núcleo de Apoyo a la Investigación en Alimentos (Napan) de la Esalq-USP durante el tiempo en que se realizó el estudio, las técnicas de modificación tienen por objeto mejorar algunas propiedades de los almidones con fines específicos.

“Nuestro grupo ha trabajado mucho con la formación de gel, que es una de las propiedades más importantes del almidón, tanto para la industria de alimentos como para otras, como la farmacéutica, por ejemplo”, afirma Esteves Duarte Augusto, en la actualidad docente de la Université Paris-Saclay. Él es uno de los autores del artículo, del cual la doctoranda Dâmaris Carvalho Lima es la primera autora y que contó con la participación de otros investigadores del grupo de la Esalq, además de colegas de la Ecole Nationale Vétérinaire Oniris y del Institut National de la Recherche Agronomique (Inrae), ambos en Francia. El equipo ligado a Esteves Duarte Augusto se dedica al estudio de los almidones desde el año 2015.

De acuerdo con el investigador de la USP, los resultados que figuran en el artículo abren distintas posibilidades. “El gel nativo de la yuca es considerado ‘débil’ cuando se lo compara con otros, como el del maíz, por ejemplo, que es la fuente comercial más relevante actualmente. Obtuvimos un gel de mandioca incuso más consistente que el de maíz. De este modo, esperamos contribuir para que el mercado del almidón de mandioca se expanda”, resume.

Esteves Duarte Augusto explica que normalmente lo que se busca en esta área es un gel más fuerte, una pasta viscosa que se forme a una temperatura más baja. “En el caso del almidón de maíz que se usa en la cocina como espesante, por ejemplo, es necesario hervirlo para formar el gel. Nosotros ya hemos logrado bajar esa temperatura en distintos almidones, de manera tal de gastar menos energía para la obtención del producto. También buscamos que el gel se forme con una menor concentración de almidón.”

En el caso de este estudio específicamente, realizado con el apoyo de la FAPESP, el grupo arribó a la conclusión de que las técnicas de ozono y DHT, aplicadas aisladamente o combinadas, fueron capaces de aumentar el conjunto de posibilidades de aplicación del almidón nativo de la mandioca. “Ya veníamos trabajando con ellas por separado y ahora las hemos combinado.”

Este trabajo también contó con financiación de la Coordinación de Perfeccionamiento del Personal de Nivel Superior (Capes) y del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), organismos vinculados al gobierno federal brasileño, y del programa francés RFI “Food 4 Tomorrow”.

Diferencias

Según Esteves Duarte Augusto, el almidón que se emplea comercialmente en el mundo en la actualidad proviene tan solo de cinco fuentes: maíz, arroz, trigo, mandioca y papa. Los métodos más utilizados actualmente para la modificación de esta sustancia incluyen el uso de soluciones como el hipoclorito de sodio (lavandina) o de reactivos químicos que requieren algún cuidado en términos de seguridad laboral. Es necesario asegurarse de que no queden residuos en el producto final y que los efluentes sean tratados antes de desechárselos. “No son obstáculos imposibles de superarse y los productos que están en el mercado son seguros. Pero siempre es bueno plantear una ruta distinta.”

El investigador afirma que las ventajas ecofriendly de los productos obtenidos mediante la modificación con ozono y DHT pueden valorarse más en ciertos sectores que en otros. “Estimo que tienen una mayor importancia en la industria de alimentos. El propio fabricante podrá interesarse en estampar esa información en los envases”, sostiene.

Según el científico, la aplicación de ambas técnicas, una a continuación de la otra, significó una enorme diferencia en el producto final. “Incluso el orden en que se concreta esto alteró completamente el resultado. Cuando aplicamos primeramente el calentamiento y luego el ozono, obtuvimos un gel más firme; pero cuando lo hicimos en el orden contrario, salió un gel más blando. Aún no sabemos por qué, pero tenemos algunas hipótesis que tienen en cuenta la manera en que se alteran las moléculas. Lo interesante es que ambos productos finales pueden ser útiles para diferentes segmentos de la industria. Este es el lado bueno de trabajar con almidón: no existe trabajo perdido.”

Y existen otras maneras no convencionales de modificar el almidón que el grupo ha estudiado, aparte del uso del ozono y del DHT. “También se puede hacer esto mediante irradiación e incluso con ultrasonido, pero son técnicas caras, trabajosas y cuya adopción en la industria se encuentra aún muy distante, a mi juicio. En tanto, el DHT y el ozono son relativamente baratos, su implementación es de poca complejidad y la tecnología se encuentra lista para su aplicación. Basta con que el fabricante industrial realice un estudio de factibilidad económica en su caso específico.”

El método

El almidón de mandioca nativo empleado en el estudio fue un producto comercial regular suministrado por una gran empresa del sector. Esteves Duarte Augusto explica que, para el experimento descrito en el artículo, con el equipo produjeron el ozono en el laboratorio, aplicando una descarga eléctrica en determinada cantidad de oxígeno con un 95 % de pureza (en una unidad generadora de ozono). Según sostiene el investigador, el ozono, compuesto por tres átomos de oxígeno, es bastante inestable, pues tiende a degradarse y volver a erigirse como la molécula de oxígeno que existe en el aire (con tan solo dos átomos). “Se trata de un oxidante muy poderoso, muy empleado para la inactivación microbiana en filtros de agua y piscinas. En nuestro caso, el mismo oxida el almidón y se degrada rápidamente, lo que es excelente, pues el ‘residuo’ de la reacción es oxígeno.”

La muestra se dispuso en un reactor de vidrio al cual se le inyectó ozono y oxígeno. Y entonces se la procesó por hasta 30 minutos agitándosela constantemente.

En tanto, el calentamiento en seco se concretó en un calentador de laboratorio, una especie de horno eléctrico en el cual el calor se acumula en una resistencia. “Calentamos eléctricamente el aire: este pasa por el producto y se calienta. Solo que acá, al contrario de un horno eléctrico casero, existe un control de temperatura bastante preciso. Las muestras de almidón fueron envasadas en láminas de aluminio y selladas para asegurarse de que no habría pérdida de material.”

Nuevas fuentes

El profesor explica que su equipo trabaja en tres frentes básicamente: detección y caracterización de nuevas fuentes de almidón; modificación de los almidones, y exploración de las posibles aplicaciones (nuevas y tradicionales).

“En colaboración con colegas de Perú, estamos estudiando la arracacha, una raíz andina conocida en Brasil como mandioquinha o batata-baroa. También investigamos el almidón extraído de la semilla de la uvaia (Eugenia pyriformis), una fruta nativa del Bosque Atlántico. Y hemos firmado una colaboración para estudiar residuos de frutos de la Amazonia”, comenta.

El grupo ahora pretende utilizar estas dos técnicas de modificación en otras fuentes de almidón y con otras condiciones de proceso, para intentar encontrar funcionalidades adicionales. “Por último, intentaremos aplicar estos almidones en productos reales: un pan, una sopa instantánea... en nuestro caso, en la industria de alimentos. Pero estamos abiertos a entablar colaboraciones para otros usos.”

Puede leerse el artículo Dual-proces of starch modification: Combining ozone and dry heating treatments to modify cassava starch structure and functionality, de Dâmaris Carvalho Lima, Bianca Chieregato Maniglia, Manoel Divino Matta Junior, Patricia Le-Bail, Alain Le-Bail y Pedro Esteves Duarte Augusto, en el siguiente enlace: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141813020349710.