Procesos de biocatáalisis enzimática en almidones nativos y pre-gelatinizados de yuca: Efectos a nivel morfológico, molecular y de digestibilidad in vitro (2020)
Actualmente, en la industria procesadora de almidón urge la necesidad de implementar procesos y tecnologías limpias fácilmente escalables a nivel industrial, para el desarrollo de almidones modificados con diversas propiedades tecno-funcionales. Investigaciones recientes del Grupo de Investigación PADES han vislumbrado el potencial y la viabilidad económica tanto de procesos enzimáticos como de tratamientos físicos, en la modificación de gránulos nativos de tubérculos, libres de agentes químicos. A partir de ello, se planteó en el presente trabajo de investigación el objetivo de evaluar procesos de biocatálisis enzimática sobre almidones nativos y pre-tratados hidrotérmicamente en la producción de gránulos modificados de yuca con funcionalidades microporosas, hidrofílicas y de baja digestibilidad. Procesos de biocatálisis enzimática usando α-amilasa, β-amilasa, pululanasa y amiloglucosidasa en almidones nativos de yuca mostraron una acción preferencial en las lamelas amorfas durante la fase inicial a una mayor tasa de conversión, seguida de una menor velocidad hidrolítica sobre las lamelas cristalinas, afectando signiticativamente el grado de cristalinidad. Además, los resultados evidenciaron que la acción exógena de α-amilasa y amiloglucosidasa promovieron fenómenos de exo-corrosión y la aparición de laceraciones en la superficie granular del almidón, mientras que el uso de β-amilasa y pululanasa provocaron la obtención de gránulos fragmentados levemente erosionados. La acción enzimática simultánea de α-amilasa con amiloglucosidasa en gránulos de almidón de yuca pre-tratados físicamente, permitió estimar que las condiciones óptimas del proceso hidrotérmico para maximizar las propiedades de solubilidad y de digestión lenta, fueron: relación almidón/agua a 0.145 g/mL, temperatura de calentamiento a 60 °C y enfriamiento a −15°C durante 24 h. Además, que la temperatura de almacenamiento a 4 °C es fundamental en la reorganización molecular después del pre-tratamiento hidrotérmico, afectando el orden semicristalino y maximizando las fracciones de baja digestibilidad. Mientras tanto, el tratamiento de annealing un proceso hidrotérmico realizado por debajo de la temperatura de gelatinización, favoreció la susceptibilidad del gránulo al ataque enzimático. De este modo, el proceso hidrotérmico a 60 °C seguida de la acción enzimática simultánea con amilasas, acrecentó los fenómenos de endo-corrosión en la estructura granular, aumentando el área superficial específica, el tamaño y volumen de los poros. Por otro lado, la desramificación con pululanasa sobre gránulos pre-tratados a 65 °C, produjeron agregados poliméricos de cadenas cortas en forma reticulada con polimorfos semicristalino tipo-V, que favorecieron las propiedades hidrofílicas como la capacidad de retención de agua e índice de solubilidad en agua. El análisis de mecanismos de digestibilidad in vitro a través de estudios moleculares, estructurales y morfológicos permitió establecer la redistribución de las longitudes de cadenas durante el annealing, afectando el tamaño granular y la fracción de almidón de digestión rápida (ADR). Además, que la despolimerización de los almidones pre-tratados después del ataque enzimático, conllevó a un aumento en el contenido de cadenas cortas (GP< 12) que, asociado a una reducción en los valores de masa molar y radio de giro, aumentaron las propiedades de digestión lenta. Estos resultados permitieron diseñar un proceso novedoso en la modificación del almidón nativo, implementando un ataque enzimático ternario-secuencial (pululanasa ! β-amilasa ! amiloglucosidasa) sobre gránulos pre-tratados hidrotérmicamente. Los resultados analizados a través de correlación de Pearson mostraron que el contenido de amilosa y la distribución de la longitud de la cadena, fueron determinantes en el aumento significativo de las fracciones de almidón de digestión lenta (ADL) y almidón resistente (AR). En síntesis, las diversas aplicaciones de polipéptidos enzimáticos sobre almidones nativos y pre-tratados, permitieron identificar que las características fisicoquímicas y funcionalidades de los gránulos modificados de yuca dependieron del grado de hidrólisis, y de la acción térmica inducida en las suspensiones de almidón cerca de las condiciones de gelatinización. Asimismo, los resultados revelan la factibilidad tecnológica para producir gránulos modificados de yuca con propiedades microporosas, hidrofílicas y de digestión lenta. En este contexto, los resultados de investigación basados en las nuevas funcionalidades de los gránulos modificados, permiten visionar una alta aplicabilidad en el sector agroalimentario, y abre oportunidad a futuras investigaciones para el desarrollo de productos competitivos con respecto a los almidones producidos por vía química existentes en el mercado.