Los gránulos no sufren cambios significativos cuando son suspendidos en agua fría. La estabilidad permanece aun después de un calentamiento leve. Este comportamiento se debe a fuertes uniones intermoleculares en las áreas cristalinas de los gránulos que residen ala disolución en agua. Pero estos puentes o uniones pueden ser destruidos por efectos mecánicos o químicos, o previa gelatinización y posterior secado de los gránulos, de modo que ocurra el hinchamiento en el agua fría. Sin embargo al estado natural el gránulo de almidón suspendido en agua no sufre ningún cambio hasta que la temperatura alcanza de 60 a 70ºC, momento en que los gránulos se hinchan aumentando su tamaño varias veces el inicial. Este cambio repentino ocurre casi instantáneamente para cada gránulo, siendo los de mayor tamaño los que gelatinizan primero.
La temperatura a la cual se inicia la gelatinización depende de una serie de factores:
- Variedad del almidón: Está directamente relacionado a la proporción de amilosa y amilopectina. La cadena amilosa debido a que posee una estructura lineal, forma geles más consistentes, mientras que la amilopectina, con una estructura ramificada no puede.
- Temperatura y tiempo de calentamiento: Maisola (1960), señala que la temperatura final y el tiempo de cocimiento, son factores que condicionan la viscosidad del producto. Ambas cuando mas alta es la temperatura de cocimiento, menor sera la viscosidad del producto, pues la desintegración del gránulo hinchado será más grande a mayor tiempo de cocimiento por acción de la temperatura y agitación.
- Tamaño del gránulo de almidón: Los grandes tienden a hincharse y absorber más agua, antes que los pequeños.
- Contenido de sales: Algunas sales pueden disminuir la temperatura de gelificación a tal punto que, el proceso de hinchamiento del gránulo en agua, puede ser estudiado a temperatura ambiente.
- pH: La velocidad e intensidad del hinchamiento de los gránulos de almidón son afectados por el pH del sistema, ya que generalmente los valores de pH menores a 5 o mayores a 7 tienden a reducir la temperatura de gelificación y acelerar el proceso de cocción. a pH alcalino se reducen considerablemente la temperatura y tiempo requeridos para el hinchamiento de los gránulos, mientras que en condiciones muy ácidas puede favorecer la hidrólisis del enlace glicosídico del almidón con la consecuente pérdida y a la viscosidad de sus suspensiones.
Hinchamiento, gelatinización y retrogradación del almidón
Estudios realizados por Kerr (1950), afirma que el rompimiento de la estructura del gránulo del almidón cuando se somete al calor en solución acuosa, tiene lugar en tres fases diferentes:
- Primera fase: Ocurre en agua fría y está caracterizada por la absorción de 25 a 30% de agua aporoximadamente. Si se observan los gránulos al microscopio se aprecia que no han sufrido carmbio alguno en su estructura (no pierde su birrefringencia). El proceso es reversible ya que el gránulo seco no pierde características físicas-químicas.
- Segunda fase: Ocurre aproximadamente a 65ºC (temperatura exacta en función de la variedad y características del gránulo del almidón). El gránulo se hincha aumentando varias veces su tamaño, absorbiendo gran cantidad de agua y perdiendo su birrefringencia. Una porción de almidón soluble escapa del gránulo al agua circundante, fenómeno comprobado por la coloración azul del agua en presencia de lodo. Esta fase es irreversible.
- Tercera fase: Está determinada por un mayor hinchamiento del gránulo el cual adquiere gran tamaño. Frecuentemente se forma un vacío en el gránulo y una mayor cantidad de almidón es expulsado al medio fluido. Finalmente el gránulo se rompe, aumentando la viscosidad del fluido marcadamente.
El fenómeno indica que durante el hinchamiento, el interior del gránulo es una región de presión baja, tanto, que una vacuola se puede formar y expandir a las presiones que tiene el agua en el sistema.
Cuando una pasta de almidón se enfría, las moléculas tienden a ser menos solubles y a congregarse y cristalizar parcialmente. Si la pasta está extremadamente diluída, resulta la precipitación, pero a altas concentraciones encontradas en los alimentos se forma una red tridimensional a partir de las moléculas de polisacáridos.
Porciones de ambas moléculas, amilosa y amilopectina, se envuelven en micelas cristalinas, las cuales están entrecruzadas por filamentos moleculares. El alineamiento y la cristalización de las moléculas de amilosa se inhiben parcialmente por estructuras ramificadas exteriores.
Estas áreas cristalinas, dentro de los gránulos hinchados y más importantes aún, en la solución acuosa entre los gránulos, determinan el alto grado de dureza y rigidez del gel que se forma. Las partes de las macromoléculas que están envueltas en las micelas cristalinas, están depositadas en regiones amorfas entre las micelas; la habilidad del gel de ser sometido a un esfuerzo de corte sin romperse, ha sido atribuida a la capacidad de extenderse de las porciones de las moléculas de estas regiones.
Otros factores que afectan la formación y característica de los geles de almidón, son el tamaño y la estructura morfológica de los gránulos, su antigüedad y tratamiento previo.
La concentración de la pasta, el tiempo y temperatura de cocimiento, la agitación durante el cocimiento, tiempo y temperatura de almacenamiento después de cocidos y los ingredientes añadidos.
Los almidones que contienen amilosa y amilopectina, ordinariamente forman geles de bajas concentraciones. Sin embargo el almidón de papa con mayor contenido de amilosa, tiene poca tendencia a formar geles, debido a la longitud de la cadena lineal (excesivamente larga), o tal vez a su pequeño grado de ramificación que interfieren con el almacenamiento de las moléculas lineales en su estructura micelar.
El cambio en la estructura del gel, como consecuencia del aumento de la cristalización de las moléculas de almidón puede ser considerada como una continuación de los cambios que convierten la pasta viscosa en un gel.
El almidón en solucion almacenado a temperatura ambiente o menos a ésta sufre retrogradación. Una parte del almidón se aglomera progresivamente hasta formar agregados moleculares insolubles (microcristales), que pronto exceden las dimensiones de las partículas coloidales y precipitan. El precipitado es una mezcla de regiones cristalinas y regiones amorfas, resultado de un proceso de cambios tendentes a la cristalización de parte de los polímeros lineales.
La retrogradación es también un fenómeno dependiente de la temperatura a 25ºC, por ejemplo, la velocidad es bastante alta, incrementándose a medida que se disminuye la temperatura.
Sobre los 60 a 70ºC, las soluciones de amilosa permanecen estables. A pesar de que algunos preparados de amilopectina tienen cierta tendencia a retrogradar, la propiedad le corresponde a la amilosa, básicamente.
Una velocidad de enfriamiento constante proporciona cristales uniformes de amilosa, mientras que un enfriado brusco conlleva a la obtención de microcristales heterogéneos en forma y tamaño.
El proceso de retrogradación ocurre también en la fase sólida, y a este fenómeno es debido el envejecimiento del pan. La retrogradación puede ser detenida por los agentes químicos que favorecen el hinchamiento o removiendo la humedad.
Viscosidad y viscoelasticidad
Tanto la viscosidad y la viscoelasticidad, vienen a ser componentes de la cualidad de la textura, fenómenos que mantienen la incorporación del almidón en algunos alimentos. Se tiene así el caso de las pastas cremosas, salsa, pudines, etc. El medio en que la viscosidad aumente, depende de la clase de almidón que se trate, del tratamiento previo a que se ha sometido y la presencia de otras sustancias en medio acuoso.
La viscosidad de la pasta caliente está en función del hinchamiento e hidratación de los gránulos, y el derrumbamiento posterior o expulsión de los gránulos. Algunas pastas son excesivamente duras e inestables en muchos productos alimenticios, sin embargo en otros como los platillos orientales, cierta fuerza o viscoelasticidad es considerada una característica de buena calidad.