CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con los campos técnicos de la Química, Biotecnología y Agricultura, ya que aporta a un método de extracción de almidones nativos de frutos del género Mangifera, y también aporta los almidones nativos obtenidos por dicho método, los cuales pueden ser útiles en varias industrias.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los polisacáridos son polímeros constituidos por varios tipos de monosacáridos unidos covalentemente mediante enlaces glicosídicos, y éstos pueden clasificarse en función de sus propiedades físicas, tal como el almidón y la pectina, que constituyen la estructura celular y confieren rigidez a los tejidos, y se encuentran en mayor cantidad en frutos en madurez fisiológica (Shamornsak et al., 2008). Los polisacáridos se encuentran en forma natural en varios órganos de las plantas principalmente raíces, frutos y semillas. Dentro del grupo de polisacáridos se encuentra el almidón que al ser añadido a otros productos alimenticios pueden modificar sus propiedades Teológicas. Los polisacáridos de fuentes no convencionales dan un valor agregado a los productos hortofrutícolas, ya que existe un número importante de especies que tienen un alto contenido de éstos, que podrían llegar a ser una alternativa para su uso y aplicación en la industria alimentaria, farmacéutica, textil y química. La aplicación comercial rentable de estos polisacáridos extraídos de vegetales hortofrutícolas tropicales, tienen muchas posibilidades, sin embargo, aún hace falta más investigación al respecto, permitiendo la explotación adecuada, desde el punto de vista social, sustentadle y económico de estos materiales, y que a la vez se elaboren nuevos productos alimenticios. llna de esas fuentes no convencionales de polisacáridos, es el fruto de mango (Mangifera indica L.), y México es un gran productor de este frutal. En 2017 se exportaron 423, 184.4 t, en 2018 fue de 384, 189.9 t y en 2019 fue de 310,867.4 t (SIAP, 2019). México cuenta con una superficie sembrada de más de 205,000 ha, reportando una producción de más de 2 millones t, los principales estados productores de mango: Sinaloa (19.0%), Guerrero (18.7%), Nayarit (15.5%), Chiapas (12.8%) y Oaxaca (10.0%), aportando el 76.1 % de la producción nacional, lo que equivale a 1.6 millones t (SIAP, 2019). El Mango constituye uno de los cultivos de mayor importancia que se han venido desarrollando, con una gran demanda en el mercado, tanto nacional como internacional para su consumo en fresco, así como también para la utilización de procesos industriales para la producción de jugos, néctares y mermeladas (SAGARPA, 2017; SIAP, 2017).

A pesar de ello, existe una cantidad considerable de frutos de mango que se desperdicia, por ejemplo, el estado de Nayarit, México, por sus condiciones endafoclimáticas es un gran productor de frutos de mango, destacando el ‘Ataúlfo’ y ‘Tommy atkins’; el cultivo de mango 'Ataúlfo' se ha posicionado como uno de los cultivares de mayor aceptación, tanto en el mercado nacional como en el internacional (Quintero et al., 2013); además, es el fruto de mayor exportación para su consumo en fresco debido a sus excelentes características organolépticas (SIAP, 2016); sin embargo, uno de los problemas más importantes que ha presentado el mango ‘Ataúlfo’ es la producción de frutos pequeños sin ningún valor comercial, conocidos técnicamente como frutos estenospermocárpicos y por su tamaño los productores los han denominado “mango niño”, cuando estos frutos llegan a la madurez, algunos se desprenden del árbol de manera natural y otros quedan adheridos al árbol hasta el momento de la cosecha (Chiumarelli et al., 2011 ). En México, la información publicada acerca de esta problemática es escasa, sin embargo, investigaciones analizan dicha estenospermocarpia con la finalidad de ampliar el enfoque que se tiene ante el fenómeno de la baja productividad debido a los altos índices (80-90%) de la presencia de “mango niño” en el estado de Nayarit (Hernández-Guerrero et al., 2015). Los polisacáridos de origen natural, cuentan con una alta disponibilidad y un costo moderado. Sumado al desarrollo de materiales poliméricos, otros sectores como el alimenticio, el cosmético o el biomédico ven en este tipo de polisacáridos como materias primas de calidad para el desarrollo de múltiples productos (Zuluaga, et al., 2007). Casi todos los polisacáridos naturales contienen cientos de monómeros y en ocasiones, vahos miles, además de que no producen verdaderas soluciones, sino más bien dispersiones de tamaño coloidal, este tipo de polisacáridos de manera natural o nativa no tienen color, aroma ni sabor, su peso molecular, que puede llegar a ser hasta de millones de daltones (Da), es en realidad un promedio, puesto que las moléculas no son ¡guales y siempre presentan una distribución de valores. Dichos polisacáridos se dividen en dos grandes grupos, de acuerdo a su función biológica: los que constituyen la estructura celular y confieren rigidez a los tejidos (celulosa, pectinas, gomas, etc.), y los que representan la reserva energética de animales (glucógeno) y vegetales (inulina y almidón); cada grupo tiene propiedades físicas y químicas muy distintas (Badui, 2006).

La hidrólisis de los polisacáridos y oligosacáhdos, depende del pH, la temperatura, el tipo de enlace glucosídico, la configuración anoméhca y la presencia de grupos voluminosos (vg. sulfatos) que ejercen un efecto estabilizador. Por ejemplo, los a-D-enlaces del almidón son más susceptibles que los [3-D-enlaces de la celulosa; a su vez, los a (1 ,3) se rompen más fácilmente que los a (1 ,6) o los a (1 ,4), las uniones de las fructosas, estas al intervenir son más lábiles que las que contienen piranosas y de acuerdo a la presencia de los grupos sulfato existe una estabilización en los enlaces glucosídicos, a pesar de que éstos, en forma individual, son muy sensibles a los ácidos, y azúcares anhidros, como la 3,6-anhidro-galactosa, son sumamente lábiles y aceleran la hidrólisis de los polisacáridos que los contienen (Robinson, 1994).

Si bien los polímeros pueden tener una conformación ordenada o carecer de ella y estar al “azar”, los resultados que estos presentan de manera individual, son de acuerdo a las interacciones que tienen sus monómeros constituyentes y que, en términos generales, se agrupan en su entropía conformacional, logrando así que el almidón y la celulosa estén conformadas por una estructura de hélice, siendo más ordenadas y rígidas que las estructuras al azar, de esta manera los polisacáridos los encontramos de forma natural en muchos alimentos, pero en algunas ocasiones se añaden a otros para obtener la formulación correcta, como en el caso del almidón, la carragenina y las pectinas, que se utilizan por sus propiedades funcionales por su gran capacidad de retener agua, producen partículas coloidales muy hidratadas, razón por la cual se les da el nombre de hidrocoloides (Stephen, 2006).

La expresión “capacidad de retención de agua” generalmente hace referencia a la cantidad de agua que una proteína o un hidrato de carbono (macromoléculas en general) puede retener sin que haya liberación del líquido, dicha capacidad depende de factores intrínsecos (tipo de polímero, peso molecular, linealidad, etc.) y extrínsecos (pH, fuerza iónica, temperatura, presencia de ciertos cationes, etc.) (Hoefler, 2004). La retención de agua puede causar la formación de un gel, tal es el caso de los producidos por las carrageninas y las pectinas, donde las moléculas de agua se orientan respecto de los grupos hidroxilo que se encuentran en las moléculas de azúcar del hidrocoloide, lo que conduce a la formación de una red tridimensional, algunas gomas espesan y otras gelifican, dependiendo de la interacción entre las moléculas: si ésta es baja, las moléculas se mueven al azar (espesan); si la interacción se da mediante enlaces verdaderos, las moléculas gelifican, ciertos geles son termorreversibles, otros no; sin embargo, durante el almacenamiento puede ocurrir que las macromoléculas reaccionen entre sí y pierdan su capacidad de retención de agua; esto ocasiona que las moléculas de agua que ya no son retenidas se desprendan de la matriz del gel y emigren a la superficie, este fenómeno se conoce como sinéresis, lo cual indica exudación o liberación de agua causada por un reacomodo interno de las macromoléculas (Badui, 2006).

El uso de los polisacáridos extraídos de diversas fuentes vegetales o fuentes no convencionales, ha causado un gran interés; sobre todo en la utilización de los residuos o subproductos de la industria, con el fin de contrarrestar los problemas ambientales y a la industrialización de grandes cantidades de biomasa para la elaboración de los alimentos y así dar un valor agregado. Los polisacáhdos de mayor interés para la industria son los almidones y pectinas; debido a esta aceptación se han iniciado investigaciones para la extracción de almidón de las fuentes no convencionales, que sean de excelente calidad ya que estos pueden proveer a la enorme demanda sin afectar el suministro de cultivos para consumo humano (Sarmin y Chowdhury, 2014). La calidad del almidón está definida con relación al producto final, tales como la claridad, viscosidad, capacidad de formación de geles, capacidad de formación de películas, textura de gel, tendencia a la retrogradación, estabilidad ácida, corte, temperaturas extremas, etc., estos dependen de vahos factores, entre ellos, el tipo de clima o región geográfica donde se desarrolle la planta (BeMiller, 1993; Ellis et al., 1998).

El almidón es la sustancia de reserva alimenticia predominante en las plantas, y proporciona el 70-80% de las calorías consumidas por los humanos de todo el mundo. Tanto el almidón como los productos de su hidrólisis constituyen la mayor parte de los carbohidratos digestibles de la dieta habitual. Los almidones comerciales se obtienen de las semillas de cereales, particularmente de maíz, maíz céreo, maíz rico en amilosa, trigo, vahos tipos de arroz, y de algunas raíces y tubérculos, como la papa, el camote y la yuca (Fennema, 2000).

El almidón tiene un amplio campo de aplicaciones que van desde la impartición de textura y consistencia en alimentos hasta la manufactura de papel, adhesivos y empaques biodegradables; la funcionalidad de los almidones dependerá del peso molecular promedio de la amilosa y la amilopectina, así como también de la organización molecular de éstos dentro del granulo, siendo así los almidones nativos los más utilizados por regular y estabilizar la textura y sus propiedades espesantes y gelificante (Zhao y Whistler, 1994; Bello, et al., 2002).

Los almidones nativos de diferentes fuentes botánicas, como maíz, papa, trigo, arroz, han sido ampliamente estudiados en relación a su estructura y propiedades fisicoquímicas. Sin embargo, presentan algunas limitaciones como baja resistencia térmica, descomposición térmica y alta tendencia a retrogradar, por lo que no son adecuados para el uso en alimentos (Nikuni, 1982). Por tal razón, las modificaciones estructurales, por métodos físicos, químicos y/o enzimáticos, son muy utilizados para obtener las propiedades deseadas (Singh, et al., 2008), pero esto encarece la obtención de dichos almidones nativos.

La síntesis del almidón de acuerdo a su forma de granulo y tamaño, dependerán de la fuente botánica, dentro de los organelos celulares llamados amiloplastos, encontrados en las diferentes partes de las plantas. Las variaciones en los granulos, como el tamaño (1 -100 pm de diámetro), forma (esférico, lenticular, poligonal), distribución (uní o bi-modal), si se encuentran en forma individual (simple) o asociados (compuesto), y la composición (a glucanos, lípidos, humedad, proteína y minerales) reflejan el origen botánico (Tester y Karkalas, 2004).

Desde el punto de vista químico, el almidón es una mezcla de dos polisacáhdos muy similares, la amilosa y amilopectina; el primero es producto de la condensación de D-glucopiranosas por medio de enlaces glucosídicos a (1 ,4), que establece largas cadenas lineales con 200-2500 unidades y pesos moleculares hasta de un millón de Da; es decir, la amilosa es una a-D-(1 ,4)- glucana, cuya unidad repetitiva es la a-maltosa (Badui, 2006). Eliasson (2006) reporta que los polisacáhdos amilosa y amilopectina son los componentes más abundantes y constituirán casi el 100% de un almidón típico. Las relaciones entre amilosa y amilopectina difieren entre almidones, pero los valores típicos para un almidón estándar son de un 25% amilosa y 75% de amilopectina. En algunos almidones (por ejemplo, maíz, cebada, arroz), existen genotipos con un aumento del contenido de amilopectina (variedades céreas o “waxy”) o un mayor contenido de amilosa (altos en amilosa o amilalmidones). Respecto a la composición química del almidón, Badui (2006) afirma que la amilosa es producto de la condensación de D-glucopiranosas por medio de enlaces glucosídicos alfa-(1 ,4), que establecen largas cadenas lineales. La amilosa tiene la facilidad de adquirir una conformación tridimensional helicoidal, en la que cada vuelta de la hélice consta de seis moléculas de glucosa. La amilosa tiene un peso molecular de aproximadamente 10 ⁵ a 10 ⁶ Da, correspondiente a un grado de polimerización (GP) de 1 ,000-10,000 unidades de glucosa, unidas con enlaces a (1 — >4) principalmente, menos del 0.5% corresponde a enlaces a (1 — >6), lo que resulta en un bajo grado de ramificaciones, y una estructura con 3-11 cadenas con aproximadamente 200 a 700 residuos de glucosa por molécula, esto debido al bajo grado de ramificaciones, la amilosa tiende a formar agregados sem ¡-cristalinos insolubles (Copeland, et al., 2009).

La amilopectina es un polímero con un peso molecular de cerca de 10 ⁸ Da y un GP que llega a ser superior a un millón de unidades de glucosa, además la amilopectina tiene alrededor de 5% de enlaces a (1 — >6) en sus glucosas y el resto unidas por enlaces a (1 — >4), dándole un aspecto ramificado, en forma de estructura de árbol y una estructura molecular compleja que puede vahar sustancialmente entre los diferentes almidones con respecto a la colocación y la longitud de las ramificaciones (Copeland, et al., 2009). Las ramificaciones de la amilopectina se pueden clasificar de acuerdo con su patrón de sustitución: las cadenas A que se definen como cadenas cortas no sustituibles, las B son cadenas largas y sustituibles por otras cadenas y las C que es el extremo reductor y hay sólo una por molécula de amilopectina. La variabilidad natural en las moléculas de amilosa y amilopectina se debe a la complejidad de la biosíntesis del almidón (Buleon, et al., 1998).

Las propiedades funcionales de los almidones dependen directamente de la relación amilosa/amilopectina, en los distintos cultivos amiláceos esta relación es constante, si bien cambia de una variedad a otra dentro de la especie y también entre plantas de la misma variedad y de acuerdo a las propiedades funcionales que constituye el almidón, es una excelente materia prima para modificar la textura y la consistencia en los alimentos, siendo la mayoría del almidón que se consume en los alimentos, ha sufrido algún tipo de procesamiento que normalmente consiste en un tratamiento térmico en presencia de humedad, sufriendo deformación o cizallamiento y posteriormente un enfriamiento (Copeland, et al., 2009). Dichas propiedades funcionales de los almidones las podemos definir como, solubilidad, capacidad de retención de agua, poder de hinchamiento, tendencia a retrogradar, propiedades de la pasta (viscosidad, consistencia, estabilidad del gel, claridad y resistencia al corte, formación de película), digestibilidad enzimática y capacidad de emulsificación; por lo tanto, se debe considerar la estabilidad térmica ya que es importante sobre las propiedades funcionales de productos alimenticios que contienen almidones, siendo estas determinantes, debido a los cambios estructurales en estos compuestos, los cuales son causados por la aplicación de energía en forma de calor afectando su funcionalidad, conocido como gelatinización, gelificación y retrogradación, los cuales causan hinchamiento, hidratación, fusión y ruptura de los granulos de almidón (Bello, et al., 1994; Henshaw, et al., 2003).

Durante la gelatinización ocurren cambios irreversibles que provocan el hinchamiento y disrupción del granulo con una consecuente pérdida de cristalinidad. Los cambios que ocurren en la transición están influenciados por factores intrínsecos como tipo de almidón, tamaño de los granulos, etcétera, y por factores extrínsecos, como la velocidad de calentamiento, el contenido de humedad, el daño mecánico de los granulos, la historia térmica de la muestra y las condiciones de extracción del almidón, entre otras. Para la transición se requiere un porcentaje de agua mayor al 30% y una temperatura entre 60 y 75°C, valor que depende de la fuente de origen del almidón. Durante el proceso, las moléculas de almidón vibran rompiendo los puentes de hidrógeno intermoleculares de las zonas amorfas de los granulos, lo que provoca el hinchamiento por una absorción progresiva e irreversible de agua que finalmente se liga a la estructura (Parker y Ring, 2009).

El proceso de gelificación y retrogradación se lleva a cabo durante el enfriamiento, donde el almidón al enfriarse forma geles, volviéndose menos solubles y forma agregados sem ¡cristalinos, esto debido a que el almidón sufre un calentamiento, se gelatiniza y pierde así cristalinidad y su organización estructural. La retrogradación es la cristalización de las cadenas de los polímeros que son agregados en el gel, cuando las pastas de los almidones son enfriadas y ocurre en tres etapas, de acuerdo a lo reportado por (López, 1994; Mestres, 1996): a) dilatación de las cadenas debido al rompimiento de los enlaces intermoleculares que mantienen la configuración helicoidal, b) pérdida del límite de agua seguido de una reohentación de las moléculas y, finalmente c) una formación de enlaces de hidrogeno entre moléculas adyacentes formando una estructura cristalina. El grado de retrogradación es afectado por la concentración de amilosa y amilopectina, y otros componentes presentes en el almidón, considerando así la estructura de amilosa que permitirá la formación de muchos sitios de enlace entre moléculas adjuntas por lo cual, la retrogradación será asociada en gran parte con la fracción de amilosa, adicionado a su alto peso molecular. Las altas concentraciones de amilosa implican formación de geles fuertes, opacos y que sufren sinéresis; y las bajas proporciones de amilosa generan dispersiones claras y viscosas que no gelifican. Conocer este proceso y la estructura del granulo de almidón nativo sirve para predecir y utilizar las propiedades funcionales del almidón procesado (Copeland, et al., 2009).

Cabe señalar que ya se han desarrollado metodologías para la extracción almidón en mango (Mangifera indica L. ), tal es el caso del documento de patente CN102643358 A, donde el almidón de mango se obtiene a partir de la pulpa del fruto de mango inmaduro, mediante los siguientes pasos: pelar y eliminar el hueso del mango inmaduro; agregar de 1-3 veces el peso de la pulpa, agua a la pulpa de mango inmadura; ajustar el pH de 3 a 5 con ácido adecuado; moler durante 2-5 min; filtrar el homogeneizado con un tamiz de malla 50-100; centrifugar el filtrado durante 20-60 min, a 8000-15000 x g y secar el precipitado a 40-50°C durante 36-72 h. Se prefiere enjuagar de 1 -2 veces, la pulpa de mango inmaduro con una solución de sulfito de sodio con una concentración de 0.5-1.5 g/L, antes de aplicar el agua; donde la cantidad de agua añadida se prefiere sea igual al peso de la pulpa de mango sin madurar; se prefiere ajustar el pH con ácido cítrico o ácido mélico y preferiblemente ajustarlo de 3.5 a 4; el tamiz de malla que se prefiere es de 80; el centrifugado se prefiere sea de 10000 x g o más; el secado se prefiere sea a 50°C. Con este método se obtuvieron almidones con tamaños de partículas de 8.7 a 9.6 mieras, los cuales son más pequeños que los granulos de almidón de maíz (14.3 mieras). Los granulos de almidón de mango obtenido con este método, tuvieron una mayor capacidad de retención de agua (45-80%) y mayor solubilidad en agua (2 a 15%), que el almidón de maíz (figuras 1 y 2) cuando fueron sometidos a un rango de temperaturas de 50 a 90°C. Debido a estas características, este almidón de frutos de mango verde, puede reemplazar a otros almidones para preparar aditivos alimenticios o alimentos. Entre los inconvenientes que se pueden mencionar de la metodología del documento CN 102643358 A, es que los frutos verdes de mango (inmaduros) presentan también polisacáhdos como celulosa, hemicelulosa, y pectina, además de látex, los cuales dificultan la recuperación y purificación del almidón; por otra parte, el usar agentes externos para ajustar el pH y que retrasen el oscurecimiento enzimático, tales como ácidos y bisulfito de sodio, pueden causar daño a la estructura del granulo de almidón; y los prolongados tiempos de molienda y altas velocidades, a los que son sometidos la pulpa de mango verde, pueden fragmentar el granulo de almidón y provocar una menor capacidad de absorción de agua y mayor solubilidad.

Al considerar que Flores-Gorosquera, et al. (2004) llevaron a cabo dos métodos de extracción de almidón en frutos maduros de plátano Musa paradisiaca, uno a nivel laboratorio y el otro a nivel de planta piloto; donde ambos métodos inician con la eliminación de la cáscara; después cortar en trozos de 2-3 cm de largo y colocarlos en un vaso de precipitado de 4 L con una solución antioxidante de ácido cítrico (0.3%) debido a que al contacto con el oxígeno se produce oxidación de la pulpa (oscurecimiento) lo que podría ocasionar la aparición de puntos o manchas negras en el almidón aislado; en esta etapa se empleó una relación fruto/solución de 1 :1.5 (p/v). Para la molienda húmeda se utilizó una licuadora casera (Hamilton Beach, Modelo 58100-MX) a velocidad máxima, por 2 min, posteriormente el fruto molido se cribó sucesivamente en mallas de 20, 40, 100 y 200 U.S. En cada malla el residuo se lavó hasta que el líquido de salida no tuviera residuo aparente de almidón. La suspensión obtenida se separó en una centrífuga de laboratorio a 5000 x g, se eliminó el sobrenadante, y de la pasta resultante se separó, el residuo blanco (almidón), el cual se resuspendió en agua destilada y se centrifugó nuevamente. Esta operación se repitió tres veces y la pasta final se secó en una estufa con recirculación de aire a 40-45°C. La pulpa contenía entre 0.27 y 0.42 Kg de sólidos, esto representa un contenido de humedad en la pulpa entre 22 y 30%. A nivel laboratorio, el contenido de almidón en la pulpa fue de 67 y 74%; y los valores de almidón recuperado en relación a la cantidad de sólidos de la pulpa estuvieron entre 55 y 61 %, y cuando el cálculo se realizó en relación al almidón presente en la pulpa, se obtuvo una recuperación entre el 76 y 86%. A nivel planta piloto, éste se encontró entre un 67 y 74%; y los valores de almidón recuperado del proceso de aislamiento en relación a la cantidad de sólidos de la pulpa estuvieron entre 55 y 61 %, y cuando el cálculo se realizó en relación al almidón presente en la pulpa, se obtuvo una recuperación entre el 76 y 86%. El aislamiento del almidón a escala de planta piloto, se llevó a cabo utilizando cinco lotes de plátano, con un peso de 100, 120, 125 y 150 Kg de plátano entero, del cual entre el 59.2 y 60.7% fue pulpa, y ésta contenía 52.7 y 56.8% de sólidos, respectivamente. Los sólidos presentes en la pulpa de plátano estudiada en los diferentes lotes presentaban entre 63.4 y 65.3% de almidón. Al calcular los rendimientos se obtuvieron 12.29; 14.97; 17.94; 17.46 y 15.67 kg de almidón recuperado, en base seca, lo cual representa entre 63 y 71 %. Sin embargo, Flores-Gorosquera, et al. (2004) no aportaron estudios de análisis de dichos almidones obtenidos, como por ejemplo, en cuanto a su calidad, características fisicoquímicas y Teológicas; así como tampoco se tiene la certeza de que el almidón sea nativo o no.

Por su parte, Ramírez-Balboa, et al. (2020) realizaron un método de extracción de almidones de frutos de guanábana Annona muricata L., donde dicho método consiste prácticamente en el método convencional de Flores-Gorosquera, et al. (2004), pero implementado con ultrasonido, en donde se obtuvieron mejores resultados sometiendo a los almidones nativos a 10 min en ultrasonido. Sin embargo, los almidones obtenidos por este método, no son nativos, ya que, con la aplicación de ultrasonido, sus gránulos se fragmentan, lo cual repercute en una disminución en su calidad.

Como ya se ha evidenciado, actualmente hay investigaciones que buscan fuentes alternativas de polisacáridos, que presenten diversas características fisicoquímicas, estructurales y funcionales que amplíen la gama de usos en la ¡ndustria. Las fuentes convencionales más importantes para la extracción de los polisacáhdos son los cereales, tubérculos, semillas de leguminosas y frutos, constituyendo la base de alimentación de muchas poblaciones. Sin embargo, existen frutos que contienen grandes cantidades de polisacáhdos y, por lo tanto, son una fuente para la extracción de éstos, dependiendo de su origen y madurez tienen características fisicoquímicas y funcionales particulares. Un ejemplo son los frutos de mango ‘Tommy atkins’, ‘Ataúlfo’ y ‘Ataúlfo’ estenospermocarpico regionalmente llamado “mango niño”; estos frutos pueden considerarse fuentes alternas para la extracción de polisacáhdos, principalmente almidones, por lo que se planteó una investigación para la evaluación de estos frutos como fuentes de almidones de interés para la industria alimentaria.

Es por ello, que se ha desarrollado un método de extracción de almidones nativos a partir de frutos de mango (Mangifera spp.), los cuales tienen características fisicoquímicas y Teológicas, que permiten sugerirlos como aditivos o ingredientes alimentarios.

Los detalles característicos de la presente invención se muestran claramente en la siguiente descripción detallada, que conjuntamente con las figuras y ejemplos incluidos, ¡lustran algunas de sus realizaciones preferentes, en donde:

La figura 1 es un gráfico comparativo de FT-IR de almidones nativos de pulpa de frutos de mango ‘Tommy atkins’ (ATA), ‘Ataúlfo’ (AAT), ‘Ataúlfo’ niño (AAN), maíz (AMA) y papa (APA).

La figura 2 son microfotografías por medio de microscopía de barrido de gránulos de almidones nativos extraídos de la pulpa de los frutos de mango a un voltaje de 15 KV y una resolución de 1500x, 'Tommy atkins’ (ATA), ‘Ataúlfo’ (AAT) y ‘Ataúlfo’ niño (AAN).

La figura 3 son microfotografías de gránulos de almidones nativos de pulpa de frutos de mango por tinción de lugol, de una solución de almidón al 7% con intervalos de temperatura de 25, 55, 70 y 90° C, a una resolución de 40x. La figura 4 es una gráfica del perfil de viscosidad y temperatura de gelatinización de la pasta de almidones nativos de mango a una concentración del 7%.

La figura 5 es un gráfico donde se recopila la evolución de módulos de almacenamiento G’ y módulos de pérdida G” en función de la frecuencia oscilatoria para los geles de almidones nativos, al 7%.

La figura 6 es un gráfico donde se ¡lustra la evolución de Tan ó de soluciones de almidones nativos de frutos de mango, maíz y papa al 7% (p/v).

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un método de extracción de almidones nativos a partir de frutos del género Mangifera (mango); estos frutos pueden tener la ventaja de ser una alternativa y nueva fuente de obtención de los almidones, ya que se obtienen buenos rendimientos a un bajo costo, en relación a las fuentes convencionales, como es el caso de la papa, camote, maíz, etc.

Dicho método de extracción de almidones nativos a partir de frutos del género Mangifera, de la presente invención, comprende las siguientes etapas: i) seleccionar frutos del género Mangifera en madurez fisiológica; preferentemente de la especie Mangifera indica L.

¡i) eliminar las impurezas de los frutos seleccionados en la etapa anterior; iii) moler los frutos limpios, con agua destilada, hasta obtener una pulpa; iv) tamizar la pulpa de la etapa anterior con mallas número 20 y 40 U.S., lavándola con agua destilada, hasta que el agua no tenga residuos aparentes de almidones nativos, obteniendo una fase líquida rica en almidones nativos; v) recuperar la fase líquida de la etapa anterior rica en almidones nativos; vi) dejar reposar la fase líquida rica en almidones nativos, hasta que se precipiten por completo dichos almidones nativos; vii) recuperar el precipitado rico en almidones nativos, eliminando el sobrenadante de la fase líquida reposada de la etapa anterior; viii) agregar nuevamente agua destilada al precipitado rico en almidones nativos, para re-suspenderlo; ix) dejar reposar el precipitado re-suspendido de la etapa anterior, al menos; x) recuperar el precipitado rico en almidones nativos, eliminando el sobrenadante de la fase líquida reposada de la etapa anterior; x¡) repetir, al menos, dos veces más las etapas viii), ix) y x), consecutivamente; xii) centrifugar el precipitado rico en almidones nativos de la etapa anterior; y xiii) secar el precipitado rico en almidones nativos de la etapa anterior, a una humedad de, al menos, un 10%.

Se prefiere que los frutos de mango estén en madurez fisiológica debido a la alta presencia de ácidos orgánicos y un pH entre 3 y 4.5 que permite realizar el procesamiento sin la adición de agentes externos que retrasen el oscurecimiento enzimático como ácidos o bisulfito de sodio, el cual debe indicarse en el producto si se encuentra presente en concentraciones superiores a 10 mg/Kg.

Una modalidad del método de extracción de almidones nativos, de la presente invención, es cuando, los frutos de Mangifera indica L. son de los cultivares ‘Tommy atkins’, y ‘Ataúlfo’; siendo más preferente frutos estenospermocarpicos de ‘Ataúlfo’.

Una realización del método en cuestión, es cuando la eliminación de impurezas de los frutos seleccionados del género Mangifera, se hace con lavados de agua corriente de la llave.

Una realización más del método según la presente invención, es cuando la fase líquida rica en almidones nativos, se deja reposar, al menos, 12 h. En una modalidad más de del método de extracción de acuerdo con la presente invención es cuando el precipitado rico en almidones nativos se centrifuga a 3500 x 10 g rpm, durante 5 min.

Una variante del método en cuestión, es cuando el precipitado rico en almidones nativos se seca a 40°C, a una humedad relativa alrededor del 55%, durante 8 a 12 h.

Otra realización del método de extracción de la presente invención es que puede además comprender, seccionar longitudinalmente los frutos del género Mangifera, para separar la cáscara y la pulpa, y eliminar la semilla, antes de la etapa de la molienda.

La presente invención también comprende a los almidones nativos de frutos del género Mangifera, obtenidos por el método de extracción descrito en la presente invención, donde dichos almidones nativos comprenden: una humedad del 9.63 al 10.85%; un contenido de cenizas del 0.06 al 0.07%; un contenido de proteínas del 0.02 al 0.04%; un contenido de amilosa del 31 .40 al 35.31 %; un contenido de amilopectina del 64.69 al 68.60%; y un tamaño promedio de sus granulos de 16.40 pm.

Una realización más de la presente invención es cuando los almidones nativos son de frutos de Mangifera indica L.; preferentemente de los cultivares ‘Tommy atkins’, y ‘Ataúlfo’; pero más preferentemente de frutos estenospermocárpicos del cultivar ‘Ataúlfo’.

EJEMPLOS

Los siguientes ejemplos ¡lustran algunas de las realizaciones de la presente invención, los cuales no deben ser considerados como una limitante para los alcances de la presente invención. Ejemplo 1. Método de extracción de almidones nativos a partir de la pulpa de frutos de mango (Mangifera indica L.).

Con la finalidad de evaluar el rendimiento de almidones nativos en frutos de mango (Mangifera indica L.), se realizó una extracción de almidones a partir de la pulpa de los frutos de dos cultivares de mango (Mangifera indica L.): ‘Tommy atkins’, y ‘Ataúlfo’; de este último cultivar, sus frutos fueron separados en frutos normales (‘Ataúlfo’) y frutos estenospermocarpicos (‘Ataúlfo’ niño); a los almidones nativos obtenidos se les determinaron sus características fisicoquímicas y propiedades Teológicas.

Materia prima

El material vegetal, fueron frutos de mango ‘Tommy atkins’, ‘Ataúlfo’ y ‘Ataúlfo’ niño, recolectados en la etapa de madurez fisiológica, en la localidad de Atonalisco, municipio de Tepic, Nayarit, en los años 2015 y 2016, de estos frutos se extrajeron los almidones, a partir de la pulpa de los frutos de mango.

Después de la recolección, los frutos de mango fueron lavados con agua corriente de la llave, para eliminar impurezas, éstos se seccionaron longitudinalmente (con un cuchillo) para separar la cáscara y la pulpa, las cuales se almacenaron a -80°C en un ultracongelador (Thermo Scientific, model ULT 1 .3-86-3-A41 , LLC made in USA) hasta su uso. Para una identificación de los almidones extraídos de pulpa por cultivar, se les asignó la siguiente abreviatura: almidón ‘Ataúlfo’ (AAT), almidón ‘Ataúlfo’ niño (AAN) y almidón ‘Tommy atkins’ (ATA); tomando como referencia y comparación con almidones tradicionales de papa (APA) y maíz (AMA).

Extracción de almidón nativo

Los almidones se extrajeron de acuerdo a la metodología de Flores-Gorosquera, et al. (2004), sin el uso del ácido cítrico, se hizo una molienda húmeda de las pulpas del fruto de mango, con agua destilada. La separación de la pulpa se hizo con tamices con mallas del número 20 y 40 U.S., realizando lavados de la pulpa con agua destilada hasta que en el agua no se observaron residuos de almidones nativos, y se obtuvo una fase líquida rica en almidones nativos. La fase líquida recuperada se dejó en reposo 12 h hasta que se precipitó por completo el almidón; se retiró el sobrenadante eliminando la mayor parte de éste para recuperar el precipitado rico en almidones nativos. Después se resuspendió el precipitado rico en almidones nativos con agua destilada, para después volver a dejar reposarlo 12 h; y así sucesivamente por un tiempo total de 72 h, realizando cambios de agua destilada cada 24 h; después de las 72 h, el precipitado rico en almidones nativos se centrifugó a 3500 x 10 g rpm durante 5 min, hasta obtener solamente los almidones nativos; los cuales, se secaron en un horno con recirculación TERLAB (modelo TE-FH-45 DM) a 40°C, a una humedad relativa de un 55%, durante 10 h, hasta que tuvo una humedad de un 10%; y finalmente se pesaron para su cuantificación.

Caracterización fisicoquímica de los almidones nativos de fruto de mango

Caracterización de análisis químico proximal de los almidones nativos

La caracterización químico proximal de los almidones nativos se realizó cuantificando en porcentaje (%) de humedad, cenizas y proteína, usando las metodologías oficiales.

• Humedad. Por el método 44-19, de la AOAC (2005).

Se colocaron 1 g de cada uno de los almidones nativos extraídos de pulpa de mango (ATA, AAT y AAN) en crisoles de porcelana a peso constante en una estufa a 100°C, durante 24 h. Las determinaciones se realizaron por triplicado para cada muestra de almidón nativo. El porcentaje de humedad se realizó utilizando la siguiente ecuación:

Dónde: Cm = masa de la cápsula con la muestra húmeda (g)

Cms = masa de la cápsula con muestra seca (g) m = masa de la muestra (g)

• Cenizas. Por el método 08-01 , de la AOAC (2005).

Se colocaron 1 g de cada uno de los almidones de pulpa de mango (ATA, AAT y AAN) en crisoles de porcelana a peso constante. Las muestras se calcinaron hasta obtener cenizas y posteriormente fueron colocadas en una mufla a 500°C durante 12 h. Al término, las muestras se enfriaron a 25°C ±2 en un desecador. Las determinaciones se llevaron a cabo por triplicado para cada uno de los almidones. La determinación del contenido de cenizas se realizó utilizando la siguiente Ecuación:

Dónde:

Ce = masa del crisol con cenizas (g)

C = masa del crisol seco (g) m = masa de la muestra (g)

• Proteína. Por el método 46-13, de la AOAC (2005).

Se usaron 0.5 g de cada uno de los almidones nativos de pulpa de mango (ATA, AAT y AAN) para determinar el contenido de proteínas. El porcentaje total de nitrógeno se calculó empleando un factor de 6.25 para convertir Nitrógeno total a contenido de proteína. Las determinaciones se realizaron por triplicado. La interpretación se llevó a cabo de acuerdo a lo siguiente ecuación: _ _

Dónde:

N = Nitrógeno total (g Nitrógeno/g muestra)

V = volumen de HCI gastado en la titulación de la muestra (mL)

VO = volumen de HCI gastado en la titulación del blanco (mL) NHCI = normalidad de HCI (miliequivalentes/mL) meq = peso equivalente del Nitrógeno (g/miliequivalentes) = 0.014

Mm = masa de la muestra (g)

Determinación de propiedades funcionales de los almidones nativos

Determinación de amilosa y amilopectina

El contenido de amilosa se determinó por el método de Morrison y Laignelet (1983), que se basa en el color característico de la reacción de amilosa y amilopectina con la solución stock de yodo al 2%. Se utilizó 0.05 g de cada almidón (base seca), 0.5 mL de etanol y 4.5 mL de hidróxido de sodio al 0.9N, se dejó reposar por 24 h, pasado el tiempo se diluyó con 45 mL de agua destilada. Para llevar a cabo la reacción se tomó una alícuota de 2.5 mL de muestra y se diluyó en 25 mL de agua destilada más 0.5 mL ácido acético al 1 N, 1 mL de solución stock de yodo al 2%, se mezcló y se completó el volumen total de 50 mL. La cantidad de amilosa se determinó con una curva patrón a partir de mezclas de amilosa y amilopectina puras de papa (Sigma Aldrich), con una concentración de amilosa de 0, 10, 15, 25, y 30%. La lectura se realizó en un espectrofotómetro (UNICO®, modelo UV-2100, Estados Unidos) a 620 nm. El contenido de amilopectina se determinó por diferencia al 100% del contenido de amilosa mediante colorimetría.

Determinación de los índices de absorción de agua (i A A) y solubilidad de agua (ISA), y capacidad de retención de agua (CRA)

Se evaluó el índice (%) de absorción de agua (IAA), índice de solubilidad en agua (ISA) y capacidad de retención de agua (CRA), basándose en el método de Anderson, et al., (1982). Se utilizaron soluciones de almidón al 1 % en 30 mL de agua destilada precalentada a 60°C por 30 min, se centrifugaron a 4000 rpm por 30 min, se decantó el sobrenadante y se midió el volumen. Posteriormente, se separó el sobrenadante para cuantificar el porcentaje de solubles y de gel formado. El sobrenadante se colocó en una placa Petri y se llevó a un horno de secado TERLAB (modelo TE-FH-45 DM) por 12 h a 70°C. La interpretación se llevó a cabo de acuerdo a lo siguiente ecuaciones:

/ Peso del gel (g) \

Capacidad de retencióna de agua (CRA) = - — — - — — — - 100

\Peso del almidón (g) BS/

Microscopía electrónica de barrido (SEM)

Las muestras de almidón se espolvorearon sobre una cinta de carbono de doble adhesión fijada en un soporte de aluminio del microscopio electrónico de barrido (SEC mini-SEM SNE3200M Corea del sur). Las muestras se recubrieron con una capa de oro de 60 nm, se observaron y fotografiaron en el mini-SEM a un voltaje de 15 KV y una resolución de 50 pm.

Microscopía óptica con tinción de lugol

Esta técnica se realizó observando el grado de hinchamiento del granulo a diferentes temperaturas de 25 a 90°C, de acuerdo a la técnica Rodríguez- Hernández (2004), las pruebas se realizaron con una solución de almidón al 7%. La solución se colocó en la celda de almidón del reómetro (TA Instruments® Modelo AR2000, USA) con agitación para evitar sedimentación, durante los intervalos de temperatura que se realizaron gradualmente de 25, 55, 75 y 90°C, durante el proceso de calentamiento se tomaron alícuotas de 1 mL de cada temperatura evaluada. La muestra se colocó en un tubo y se realizó una dilución 1 :10 (1 mL de muestra y 9 mL de agua) y se llevó a baño de agua fría, para evitar así el hinchamiento subsiguiente del granulo, se tomó 10 pL de muestra en un porta objetos, y se realizó la tinción con lugol y se llevó al microscopio Nikon 80¡, para ser observado en un tiempo no mayor a los 10 min de cada muestra.

Identificación de grupos funcionales por medio de espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) para almidones nativos de fruto de mango Para la identificación de los almidones nativos de frutos de mango y el análisis de los grupos funcionales, se realizaron de acuerdo a la técnica de espectroscopia de infrarrojo transformada por Fourier. El análisis de los grupos funcionales se realizó en muestras pulverizadas utilizando un equipo (Cary 630 FTIR, Agilent®) equipado con una punta de diamante ATR. En cada muestra se realizaron 32 escaneos con una resolución de 4 cm ^-1 en el intervalo de número de onda de 600 a 4000 cm ^-1 .

Como muestras estándares de comparación, con la finalidad de identificar los grupos funcionales presentes en las moléculas de almidón y así establecer similitudes entre los almidones, se utilizaron almidones de maíz (Sigma Aldrich, S-4126) y papa (Sigma Aldrich 9005-25-8).

Caracterización reolóqica de almidones nativos de fruto de mango

Perfil de viscosidad

En un reómetro de esfuerzo controlado (TA Instruments® Modelo AR2000, USA) se realizó el perfil de viscosidad de las pastas de almidón, se utilizó una solución de almidón (7% p/v) en una celda almidón, se mantuvo en agitación por un tiempo de 10 min a temperatura ambiente para evitar formación de grumos y sedimentación, previo al incremento de la temperatura. La rampa de temperatura fue de 50 a 90°C con un tiempo de equilibrio de 10 min y posteriormente de 90 a 35°C, con una velocidad angular de 16.80 (rad/s) en todo el tratamiento.

Propiedades viscoelásticas (pruebas de cizalla oscilatoria de baja amplitud) Para la determinación de los módulos dinámicos de las pastas de los almidones nativos de fruto de mango, se realizó en un reómetro de esfuerzo controlado (TA Instruments® Modelo AR2000, USA) y un reómetro rotativo (TA Instruments® Modelo ARES-G2, USA) utilizando una solución de almidón del 7% p/v, la pasta de almidón se calentó a 90° C manteniéndola por 10 min, posteriormente se tomó muestra de la pasta de almidón, la cual se colocó en una geometría plato/plato (40 mm de diámetro y ángulo de 2 ^o ) acondicionada a 25°C, la región viscoelástica lineal (LVR) fue determinada por (1 Hz) de 0.1 a 100 a 25°C, una vez determinado el porcentaje de deformación máximo, se determinaron los módulos dinámicos (G’ y G”), con el porcentaje de deformación y la tangente de pérdida (Tan delta) para cada prueba de almidón nativo de fruto de mango.

Rendimiento de la extracción de almidones nativos de frutos de mango

Cundo el rendimiento de los almidones nativos fue calculado como la fracción (%) resultante después de cada extracción unitaria de cada cultivar de mango, los resultados obtenidos fueron: en AAN de 15.35%, valor mas alto con respecto a AAT con un 10.73% y ATA con 4.98% (Cuadro 1 ). Pero al calcular el porcentaje de recuperación de almidones nativos, a partir del total de almidones nativos contenidos en la pulpa de los frutos de mango (base seca), este fue del 28.43% para los frutos de mango de ‘Tommy atkins’, 57.92% para ‘Ataúlfo’ y 75.21 % para ‘Ataúlfo’ niño. Estos resultados obtenidos demuestran una eficiencia de extracción y recuperación de almidones nativos con el método propuesto en la presente invención, ya que dichos resultados superan a los rendimientos de almidón en mango reportados por Medina et al. (2010), y Nayak y Rayaguru (2018).

Cuadro 1. Composición fisicoquímica de almidones nativos extraídos de frutos de mango (Mangifera indica L.).

Valores promedio de 3 repeticiones + desviación estándar.

Análisis químico proximal de almidones nativos de frutos de mango

El contenido de humedad (%) de los almidones nativos de fruto de mango fue de 10.40, 10.10 y 9.7% para ATA, AAT y AAN, respectivamente. Medina etal., 2010, reportaron una humedad de 12.4% en almidón de cotiledón de mango, la cual está por encima de los contenidos reportados de los almidones de mango, de esta investigación; sin embargo, Vizcarrondo, et al., (2004) reportaron un contenido de humedad del 12.83% en almidones de tubérculos de ñame (Dioscorea bulbifera L.) y Martínez et al. (2015) reportaron valores de humedad del 14.15 al 15.62% en almidones nativos de papa y 9.48% en almidones de yuca. En la industria de alimentos se requiere de almidones que contengan una humedad entre 11 y 13 % para evitar que los almidones sufran ataques por microorganismos y una inestabilidad durante su almacenamiento (Ahstizabal et al., 2007); por lo que, estos almidones nativos obtenidos en esta investigación, están cercanos al rango de humedad que requiere la industria.

Los contenidos de proteína cruda y cenizas de los almidones nativos de mango, extraídos, presentaron valores de 0.021 -0.043% en proteína y 0.06-0.07% de ceniza, estos valores se encuentran dentro de los niveles permitidos por la FDA en los almidones de maíz, cuyos valores máximos son de 0.35% en proteína y de 0.064% para cenizas, utilizados como referencia (Hernández et al., 2008); resultados reportados en almidón de cotiledones de mango ‘Hilacha’, Medina et al. (2010), muestra un contenido de 2.25% de proteína y 0.12% en cenizas, mientras que los tubérculos como el ñame presentaron un 0.26 y 0.31 %, en papa con un 0.06 y 0.4% y en yuca de 0.06 y 0.12%, respectivamente, valores superiores a los almidones nativos de mango; lo cual es indicativo que la pureza de los almidones de estos últimos es más alta. De acuerdo a lo mencionado por Zajac et al. (1989), los almidones con un porcentaje de proteína no mayor al 0.35% los hace factibles para la producción de jarabes con un alto contenido de glucosa, evitándose así las reacciones de Maillard que se pueden presentar durante el proceso de producción de estos productos. Además y de acuerdo con Pardo et al. (2013), la industria alimentaria considera que los almidones con presencia de proteína afecta las propiedades térmicas, de viscosidad y estabilidad del almidón.

Contenido de amilosa y amilopectina en almidones nativos de fruto de mango En el Cuadro 1 se observa el contenido de am ¡losa presente en los almidones nativos de la pulpa de frutos de mango, mostrando valores de 35.31 , 32.83 y 31.40% en AAN, AAT y ATA, respectivamente; estos resultados fueron comparados con los contenidos de amilosa en mango ‘Hilacha’ reportados por Medina et al. (2010), quienes reportaron un 12.45% de amilosa, valor inferior a los obtenidos en esta investigación; sin embargo, Sandhu y Lim (2008) presentaron valores de amilosa similares, de 28.8 y 33.6% de amilosa en almidones de cotiledón de dos cultivares de mango; mientras que, Espinoza- Solís (2008) presentó un contenido de amilosa del 31.1 % en mango, 36% en plátano y 29.7% en maíz. En cuanto a tubérculos, tales como el ñame mostraron contenidos de 29.37% (Vizcarrondo et al., 2004), en la papa un contenido de 21 % (Betancur-Ancona, 2001 ), en la yuca y camote un 17 y 19%, respectivamente (Hernández-Medina et al., 2008). Tomando como referencia el contenido de amilosa en los almidones, este pudiera ser influenciado por factores como las fuentes botánicas, las condiciones climáticas, los tipos de suelos, el tiempo de cosecha, al proceso de obtención y purificación, asi como a las condiciones de almacenamiento (Singh, 2005).

De acuerdo al contenido presente de amilosa, el almidón se puede clasificar en tres grupos, que son los cerosos o céreos que contienen muy poca cantidad de amilosa, alrededor del 1 %; los almidones normales o nativos, que pueden contener alrededor del 15 al 30% de amilosa; y los almidones altos en amilosa que contienen un 50% o más de 100 polímeros (Robles, 2012). Los almidones de mango de esta investigación, presentaron valores de amilosa de 31.40 al 35.30%, el contenido de amilosa es lijeramente mayor al rango que comprende a los almidones nativos, por lo que estos almidones pudieran quedar dentro de la clasificación de los almidones nativos; y si bien el porcentaje restante corresponde a la amilopectina, dichos almidones de mango presentaron valores del 68.60 al 64.70%.

Propiedades funcionales de los almidones de frutos de mango En el Cuadro 2 se observan las propiedades funcionales de los almidones nativos de frutos de mango, donde el índice de absorción de agua (IAA) fue de 3.30, 1.42 y 2.15 (g gel/g muestra (BS)) en ATA, AAT y AAN, respectivamente; en cuanto al índice de solubilidad de agua (ISA) presentó valores de 5.19, 3.84 y 3.78 (g solubles/g muestras (BS)) en ATA, AAT y AAN, respectivamente; y en cuanto a la capacidad de retención de agua (CRA), los valores fueron 284.73, 419.13 y 278.82% en ATA, AAT y AAN, respectivamente. Haciendo un comparativo con los almidones de cotiledones de mango ‘Hilacha’ (Medina et al., 2010), se obtuvo un IAA de 1.40 g de gel/g de muestra y de ISA de 0.010 (g solubles/g muestras (BS)); y Martínez et al. (2005) reportaron 1.1 (g solubles/g muestras (BS)) en ISA y 2.4 g de gel/g de muestra en IAA, en almidones de yuca y jicama. Sin duda, estas propiedades son importantes para la calidad y aplicación a la cual sean destinados los almidones en la industria.

Cuadro 2. Propiedades funcionales de los almidones nativos de frutos de mango

(Mangifera indica L.).

IAA = índice de absorción de agua (G gel/G muestra (bs)); ISA = índice de solubilidad en agua (G soluble/G muestra (base seca)); CRA = capacidad de retención de agua; valores promedio de 3 repeticiones + desviación estándar

La calidad de un almidón nativo está en relación a sus propiedades, donde una alta capacidad de retención de agua, baja solubilidad y la formación de geles estables, son propiedades de un almidón nativo de excelente calidad. En este caso, los almidones nativos obtenidos en la presente invención, tienen tales propiedades y pueden ser considerados de una excelente calidad, lo cual se debe a que durante el proceso de extracción su estructura granular no es afectada. Por ejemplo, en frutos de ‘Ataúlfo’ sobre la capacidad de retención de agua, por cada gramo de almidón hay una retención de 4.19 g de agua, bajo las condiciones de procesamiento a 60°C. Determinación de grupos funcionales por medio del FT-IR de almidones nativos de la pulpa de frutos de mango

En la figura 1 se ¡lustran los espectros FT-IR de los almidones nativos de la pulpa de los frutos de mango, comparados con los almidones de maíz y papa, observándose una similitud entre los espectros de los almidones, donde los espectros presentan un amplio pico asociado a la vibración por el estiramiento de los grupos OH del agua presente en el almidón ubicados entre los 3100 a 3600 cm ^-1 aproximadamente, a lo que le atribuyen estos resultados del FT-IR a la presencia de uniones de puente de hidrógeno de acuerdo con García et al. (2007). La presencia de las ondas que van de los 2925 y 2930 cm ^-1 corresponden a las vibraciones de extensión C-H. Los números de onda ubicados en la región de los 1640 a 1650 cm ^-1 se encuentra una banda de flexión del OH del agua, lo cual indica que el polímero es higroscópico, en la zona de 1459 y 1350 cm’ ¹ están las vibraciones de flexión C-H, y a 1022 y 1155 cm ^-1 se observa una fuerte banda con tres picos, la cual es característica de estos polisacáridos y es atribuida a las deformaciones de tensión del C-O-C y a la flexión del OH (Ruiz-Avilés, 2006). Este tipo de vibraciones que se presentan en la estructura del almidón en los grupos de C-O, es debido a la interacción con diferentes ambientes químicos (C-O-C, CH2OH y COH). En la comparación de los espectros de almidón de mango con los de maíz y papa, presentan bandas de absorción en número de onda mencionados en la bibliografía, las cuales se presentan en la estructura de la amilosa y amilopectina que conforma a la estructura de la molécula de almidón.

Microscopía electrónica de barrido de almidones nativos de pulpa de frutos de mango

La morfología de los granulos de los almidones nativos obtenidos de frutos de mango (figura 2), presentaron formas esféricas, resultados (en almidón) muy similares a lo obtenido por Casarrubias-Castillo et al. (2012) en mango (formas esféricas con punta); maíz (forma esférica, oval y con predominio de poligonal); cebada (forma esférica y lenticular); y plátano (formas grandes y alargadas). En el tamaño de los granulos de almidón nativo de los frutos de mango de acuerdo a la distribución de tamaño de partícula, los tres grupos de frutos de mango presentaron un tamaño promedio de 16.40 pm; presentando un valor del 8.062% (ATA), 9.46% (AAT) y 7.61 % (AAN). El granulo de almidón y su tamaño son determinantes en su procesabilidad, lo cual afecta la solubilidad (en medio plastificante), comparándolos con los tamaños obtenidos de Casarrubias-Castillo et al. (2012), los mangos presentaron tamaños de hasta 5-12 pm, en el maíz de 5-20 pm, en la cebada de 2-25 pm, mientras que los plátanos de 40-45 pm de largo y de anchura 10-12 pm.

Microscopía óptica con tinción de luqol de los almidones nativos de pulpa de frutos de mango

La figura 3 ¡lustra el grado de hinchamiento de los granulos de las pastas de almidones nativos de frutos de mango, maíz y papa, tomados en los intervalos de temperatura que fueron realizándose gradualmente de 25, 55, 75 y 90°C, éstas se hicieron reaccionar con una solución de lugol, el cual en presencia de la am ¡losa en el almidón, generó una coloración azul característica debido al complejo que se establece entre una molécula de éste con cada 7-8 glucosas para desarrollar adecuadamente la coloración. Observándose que, a partir de los 55°C, los almidones empiezan un proceso lento de absorción de agua en la parte amorfa, las cuales se dicen que son las menos organizadas y las más accesibles, ya que los puentes de hidrógeno no son tan numerosos ni rígidos como en las áreas cristalinas. A medida que se incrementa la temperatura, se retiene más agua y el granulo empieza hincharse y aumentar de volumen, sin tener un aumento considerable en la viscosidad (Badui, 2006).

A los 75°C, se observó un tamaño mayor, indicando que el granulo está en una capacidad máxima de absorción de agua, además que la viscosidad en la pasta va aumentando conforme aumenta la temperatura, de acuerdo a la temperatura mayor de 90°C, se puede observar que los granulos hinchados, una vez que no tienen más capacidad para retener agua, estos se rompen parcialmente, si bien los granulos tienden a romperse, se puede observar que los granulos de los alm ¡dones nativos de frutos de mango mantienen una resistencia a altas temperaturas, al observarse un mayor número de granulos intactos, en comparación con los de papa a los cuales se les observó un mayor números de granulos rotos. De acuerdo a lo mencionado por Badui (2006), este comportamiento se le atribuye a que la amilosa y la amilopectina, fuertemente hidratadas, se dispersan en la disolución. En este punto se pierde la estructura original del granulo, ya que aproximadamente el 30% de la amilosa se encuentra en solución, dando como resultado de este proceso la gelatinización.

Caracterización reolóqica de almidones nativos de pulpa de frutos de mango

Perfil de viscosidad

En la figura 4 se observa el comportamiento de las pastas de almidones, donde la temperatura (°C) de gelatinización de los almidones nativos extraídos de los frutos de mango fue de 70.33°C (ATA), 68°C (AAT) y 68.6°C (AAN), estos resultados fueron comparados con otros almidones, de cotiledones de mango ‘Hilacha’ que tuvo una temperatura de gelificación de 78.5°C, mientras que en tubérculos como el ñame su temperatura fue de 70.8°C (Vizcarrondo et al., 2004), asimismo el camote presenta temperatura de 75°C y la yuca de 65°C (Hernández-Medina, 2008). La viscosidad y los tiempos de gelatinización de los almidones aumentaron conforme llegaban a la temperatura máxima de 90°C, los tiempo de cocción de los granulos de los almidones de mango fue de 6.5, 6 y 7 min en ATA, AAT y AAN, respectivamente, los tiempos de cocción en almidones de papa y maíz fueron de 6 y 12 min, la viscosidad inicial y final de estos almidones durante el proceso de cocción fue más estable para los almidones de mango ya que presentaron viscosidad ¡nial a 90°C de 1.0, 1.3 y 1.3 (Pa.s) para ATA, AAT y AAN, para el maíz y papa la viscosidad fue de 0.75 y 2.3 (Pa.s), la viscosidad final conforme fue bajando la temperatura a 35°C, los almidones de mango presentaron una viscosidad estable al término de la cocción, presentando valores de 1.3, 1.4 y 1.3 (Pa.s) en ATA, AAT y AAN, y para los almidones de maíz y papa presentaron una viscosidad muy diferente a los almidones de mango, presentando valores de 0.6 y 1 .7 (Pa.s), la rampa de temperatura refleja la capacidad de las partículas para absorver agua e hincharse durante el calentamiento y durante la temperatura constante (90°C) las partículas suelen presentar resistencia al mezclado y durante el enfriamiento de 90 a 35°C muestran una retrogradación de los granulos de almidón, la viscosidad de éstos almidones vuelve aumentar a consecuecia del reagrupamiento de las cadenas de amilosa, Hernández-Uribe et al. (2004) señalan que la diferencia entre los valores de viscosidad al inicio y final de la prueba, permite estimar la estabilidad o resistencia de los granulos de almidón a la desintegración por efecto del calentamiento y la agitación. De acuerdo a Medina et al. (2010), se puede afirmar que el almidón extraído por inmerción con agua es más estable a la cocción ya que muestran una menor variación entre las viscosidades máxima y mínima.

Prueba de cizalla oscilatoria de baja amplitud

Espectros mecánicos

La gelatinización se caracteriza por el incremento de los módulos dinámicos, como los módulos de almacenamiento (G’) y de pérdida (G”), atribuidos al hinchamiento de los granulos y la lixiviación de la amilosa (Casarrubias et al., 2012), además de que este tipo de pruebas evalúan el comportamiento viscoelástico en la zona de viscosidad lineal, donde la estructura del material no sufre ningún daño (López et al., 2010). En la figura 5 se pueden observar los distintos espectros mecánicos (G’ y G”) de las diferentes pastas de almidón al 7%, (ATA, AAT, AAN, AMA, APA), para analizar las características dinámicas de las pastas se definió la zona de viscosidad lineal con la amplitud de deformación, dando como resultados para las pastas de almidón de 4.96% ATA, 3.96% AAT, 1 .25% AAN, 7.90% AMA y 6.28% APA.

Los barridos de frecuencia de todos los almidones en los módulos de almacenamiento G’ fue mayor que los módulos de pérdida G” en el rango de la frecuencia oscilatoria evaluada de cada uno de los almidones (figura 5) indicando que los geles formados por los almidones nativos, mostraron propiedades predominantes elásticas en lugar de viscosas (G’ > G”), atribuyéndole características de geles débiles (Rao y Tattiyakul, 1999; Galkowska et al., 2014), lo cual se puede comprobar con la tangente delta obtenidas durante las pruebas oscilatorias (figura 6). La dependencia ligera de G” sobre la frecuencia es mayor que los módulos de G’, a medida que la frecuencia aumenta, este comportamiento se le puede atribuir al reordenamiento de la amilosa durante la formación del gel (Casarrubias et al., 2012). Esta característica elástica la proporciona la amilosa y ésta varía de acuerdo con el contenido de la misma, a mayores contenidos de amilosa es mayor la propiedad elástica (Bello-Pérez y Paredes-López, 1994; Kyung y Yoo, 2014). Los almidones de mango AAN fueron los que mostraron valores altos de G’ y G”, relacionado con el alto contenido de amilosa, seguido de AAT y ATA (Cuadro 1 ), en comparación con los almidones comerciales de AMA y APA, los cuales mostraron valores similares al AAN (figura 5). Comportamientos similares han sido reportados para almidones de papa de las variedades Tutaekuri, Kapurera y Moemoe (Singh et al., 2008), para almidones de maíz (Moo-Huchin et al., 2015), para almidones de maíz modificados (Bahrani et al., 2013), para plátano, cebada, mango y maíz (Casarrubias et al., 2012) y para tubérculos andinos (Velásquez y Velezmoro, 2018).

Tan delta

La tan delta (Tan ó) es una medida adimensional que compara la cantidad de energía pérdida durante una prueba oscilatoria con la cantidad de energía almacenada, indicando el predominio de la propiedad elástica o viscosa, representado por el cociente G7G” (Cruz et al., 2016; Kyung y Yoo, 2014). Permitiendo cuantificar el comportamiento de los sistemas, si el valor de Tan ó<1 , predominara el carácter elástico sobre el viscoso y si Tan ó>1 , el carácter viscoso predominara en el sistema. Como se puede observar en la figura 6, al comparar las tangentes obtenidas durante las pruebas oscilatorias de las pastas de los almidones de mango (ATA, AAT, AAN) y maíz y papa (AMA Y APA), respectivamente. Las tangentes con menor valor, fueron las pastas de los almidones del mango ‘Ataúlfo’ (AAT y AAN), confirmando que predominan las propiedades elásticas sobre las viscosas, además de ser los almidones con mayor porcentaje de amilosa 32% (AAT) y 35% (AAN) y que, de acuerdo a Velázquez y Velezmoro (2018), estas características elásticas las proporciona la amilosa, la cual varía de acuerdo al contenido de la misma. Sin embargo, las pastas de los almidones de ATA, AMA y APA, conforme se incrementa la frecuencia, la Tan 5 se incrementa haciendo notar que las pastas tienden a pasar los valores de Tan Ó>1 por lo que se podría atribuir que fueran poco estables al cizallamiento, ya que pueden pasar a ser un sistema viscoso.

Los frutos de mango ‘Tommy atkins’, ‘Ataúlfo’ y ‘Ataúlfo’ niño, pueden ser una fuente importante para la extracción de almidones nativos, de acuerdo a sus características fisicoquímicas y Teológicas; además de contar con propiedades funcionales, que podrían ser un potencial para su utilización como espesantes, gelificantes, en la industria alimentaria o como materia prima para bio- recubrim ¡entos.

Los almidones nativos de mango presentan un alto contenido de amilosa (31.4 ATA, 32.82 AAT y 35.31 AAN), así mismo, las pastas de almidón a una concentración del 7%, presentaron una mayor resistencia a la ruptura de los gránulos a temperaturas de 90°C, las pastas de almidón presentan la capacidad para formar geles resistentes y estables, una vez iniciado su proceso de retrogradación. Los geles de almidones nativos mostraron propiedades predominantes elásticas en lugar de viscosas (G’>G”) y esto relacionado con el contenido de amilosa presente en los almidones de mango, que a mayor cantidad de amilosa mayor serán las propiedades elásticas.

Ejemplo 2. Método de extracción de almidones nativos a partir de frutos estenospermocarpicos de mango ‘Ataúlfo’ (Mangifera indica L.).

Debido a que en el ejemplo 1 se observó que los frutos estenospermocarpicos de mango ‘Ataúlfo’ denominados mango niño, proporcionaron los mayores rendimientos de almidones nativos, los cuales también mostraron tener excelentes características fisicoquímicas y propiedades Teológicas, se realizó una extracción de almidones a partir de estos frutos estenospermocarpicos; la extracción fue del fruto completo (cascara y pulpa).

Materia prima Se utilizaron frutos estenospermocarpicos completos de mango ‘Ataúlfo’ (Mangifera indica L.), recolectados en la etapa de madurez fisiológica, en la localidad de Atonalisco, municipio de Tepic, Nayarit, en los años 2017 y 2018, de los cuales se extrajeron almidones.

Molienda de los frutos completos de mango ‘Ataúlfo’ estenospermocarpicos

Las condiciones de molienda se realizaron, tal como se llevó acabo la molienda en el ejemplo 1 . Donde la finalidad de usar el fruto completo es ahorrar la etapa de descascarar y despulpar.

Extracción de almidón nativo

La extracción se hizo exactamente, como se hizo la extracción en el ejemplo 1 .

Secado y Trituración

Estas dos etapas se han realizado de igual manera como se ha descrito en el ejemplo 1 .

Se ha observado que los almidones nativos obtenidos de los frutos estenospermocárpicos completos de mango ‘Ataúlfo’ (Mangifera indica L.), tienen similares características a los almidones nativos obtenidos de la pulpa de los frutos de mango del ejemplo 1 .

De esta manera obtenemos almidones nativos que tienen las siguientes ventajas: v' Los almidones nativos extraídos de frutos de mango por el método que propone la presente invención, generan una pasta de almidón estable durante el procesamiento de calentamiento/enfriamiento, y muestra menor variación entre la viscosidad máxima y mínima (figura 4). v' Las pastas de los almidones nativos de ‘Ataúlfo’ y ‘Ataúlfo’ niño tuvieron las tangentes con menor valor, confirmando que en dichos almidones predominan las propiedades elásticas sobre las viscosas, además de ser los almidones con mayor porcentaje de am ¡losa 32 y 35 %, respectivamente. Los almidones nativos de mango presentan un alto contenido de amilosa 31.40 % (‘Tommy atkins’), 32.82% (‘Ataúlfo’) y 35.31 % (‘Ataúlfo’ niño), así mismo, las pastas de almidón a una concentración del 7%, presentaron una mayor resistencia a la ruptura de los granulos a temperaturas de 90° C. Las pastas de almidón presentan la capacidad para formal geles resistentes y estables, una vez iniciado su proceso de retrogradación. Los frutos de mango ‘Tommy atkins’, ‘Ataúlfo’ y ‘Ataúlfo’ niño, pueden ser una fuente importante de almidones nativos, debido a sus características fisicoquímicas y Teológicas, además de contar con propiedades funcionales, que podrían tener un potencial para su uso en la industria alimentaria como espesantes, gelificantes, o como materia prima para bio-recubrim ¡entos; además de su incursión en industrias no alimentarias como la textil, en fabricación de papel y en encapsulación de compuestos de liberación controlada, para la industria cosmética, por citar algunos ejemplos.

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