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Introducción El maíz, entre todas las materias primas agrícolas, es la que más ha sabido adaptarse a los diferentes entornos agronómicos y representa una fuente irremplazable para el uso directo y para las transformaciones industriales. Los cambios en las necesidades alimentarias primarias, junto con el desarrollo de nuevos conocimientos en el campo químico y microbiológico, así como la adquisición de tecnologías industriales cada vez más sofisticadas, han permitido, desde mediados del siglo XIX, Ver el maíz como la materia prima para uso industrial. Es así que, gracias a sus propiedades químico-físicas y al alto poder calorífico, intuido hace más de cuatro mil años por los pueblos de América Central, se han desarrollado numerosas actividades industriales capaces de explotar, exaltándolas, las propiedades de esta maravillosa "mina verde". Las principales son la extracción húmeda del almidón y el uso en la industria de molienda y en la química verde, que utiliza el maíz para la producción de energía renovable y para la sustitución de materiales plásticos por productos biodegradables. Del maíz al almidón: historia de la industria del almidón desde sus orígenes hasta hoy La técnica de extracción del almidón es conocida desde tiempos antiguos cuando se obtenía de una masa de harina de trigo y cebada. El hallazgo de hojas de papiro del antiguo Egipto hace remontar la utilización del almidón a 3500-4000 años antes de la venida de Cristo: En esa época, el arroz y el trigo eran ampliamente cultivados y se utilizaban no solo para la alimentación humana sino también para usos tecnológicos siguiendo el camino de la civilización. En el primer siglo después de Cristo, el científico griego Dioscóride en su tratado sobre las sustancias con efectos beneficiosos para la salud del hombre "Perí haplón pharmákon" (Tratado sobre la práctica médica) habla primero de una sustancia de origen vegetal utilizada para la producción de medicamentos y usos domésticos, no exclusivamente alimentarios. Se debe a los romanos inicialmente y posteriormente a otras poblaciones europeas el mérito de haber mejorado y difundido la técnica de extracción del almidón de cereales, que permaneció casi invariable hasta la Edad Media tardía. La historia moderna de la industria del almidón, extraído por vía húmeda, se desarrolla a los orígenes en los Estados Unidos de América donde, en los primeros años del siglo XIX, el almidón era obtenido del trigo y de la patata. El mérito del nacimiento de la primera fábrica de almidón de maíz es comúnmente reconocido en Wm. Colgate & Company, que convirtió a maíz la planta preexistente de Jersey City, N.J., donde antes se trabajaba trigo: era el año 1844. A partir de este momento comenzó la gran difusión del almidón en los Estados Unidos y el maíz pronto se convirtió en la materia prima por excelencia. La utilización para el 'bozzima', como coadyuvante en el hilado de las fibras vegetales y el embalaje de los tejidos, como acabado, ha representado la primera importante salida comercial del almidón. En los mismos años, la extracción de almidón del trigo y la patata dio sus primeros pasos en Europa. La producción en 1866 de la dextrosa, azúcar simple que representa el elemento básico de la molécula compleja del almidón, marcó un momento importante a partir del cual dio sus primeros pasos y luego se desarrolló la química de los azúcares: La dextrosa se convirtió muy pronto en el soporte energético privilegiado para la industria de las fermentaciones. En los años siguientes se perfecciona la técnica de hidrólisis del almidón, que permite la producción de mezclas de azúcares destinadas a los más variados usos, especialmente en el sector alimentario, desempeñando la función de edulcorantes en sustitución del azúcar de caña. En el momento en que la actividad de extracción del almidón se realiza a escala industrial, los almidoneros comienzan a valorizar todos aquellos productos "clave" que, siendo también constituyentes del almidón del cariópsis del maíz, se separan durante las fases sucesivas de separación del almidón. Es así que el pericarpio, fina capa de revestimiento del carióxido rico en fibra, el gluten que representa la fracción proteica, el germen con alto contenido en aceite y el agua de maceración rica en elementos solubles, Encuentran su salida natural en el sector de la alimentación animal y la fermentación. Solo a principios de 1900 se desarrolló la química del almidón capaz de explotar al máximo y exaltar sus principales características reológicas como la viscosidad y la fluidez. Tras el desarrollo de tecnologías capaces de elevar los niveles de pureza, comienza la producción de almidones tostados, dextrinas, almidones precocidos solubles en frío y almidones modificados químicamente. En los años veinte del siglo XX, la investigación en el campo microbiológico da un gran impulso al sector, introduciendo el uso de enzimas capaces de actuar de manera específica y específica sobre la molécula del almidón para la fabricación de los primeros productos de hidrólisis, de la dextrosa cristalizada y por tanto de la dextrosa anhidra (deshidratada) y de las maltodextrinas. La posibilidad de producir dextrosa purificada y cristalizada, junto con la disponibilidad de enzimas nuevas y más eficientes, ha permitido posteriormente la fabricación de productos de isomerización como la fructosa que se mezcla con la dextrosa del origen a la isoglucosa, Sucedáneo de la sacarosa, azúcar de remolacha y caña. Los jarabes de maíz gracias a los altos estándares de pureza han contribuido al crecimiento exponencial de la industria de la fermentación para la fabricación de levaduras, enzimas, ácidos orgánicos, producciones muy a menudo integradas después del almidón. Paralelamente a la evolución de la química de los azúcares se ha perfeccionado, en el siglo XX, la transformación del almidón que ha permitido diferenciar la oferta de productos modificados por vía química y enzimática. Se abrieron así las puertas para el empleo de los almidones en el sector alimentario, farmacéutico, industrial (fundiciones, hilanderías, cementeras, colores), del papel y cartón y solo más recientemente ha sido utilizado para la producción de materiales plásticos biodegradables. La búsqueda de la máxima eficiencia en la gestión de las instalaciones, vinculada a economías de escala cada vez más elevadas, ha visto desarrollarse en los Estados Unidos, en el período posterior a la segunda guerra mundial, junto con la producción de almidón, la producción de etanol (azúcares de maíz). Solo recientemente en Europa se ha empezado a hablar de la producción de etanol a partir del maíz y el trigo, decisión que, debido a los elevados precios de la materia prima, está hoy en discusión. El maíz sigue siendo la principal materia prima para la industria del almidón, ya que el almidón de maíz y sus derivados están destinados a ser utilizados en una miríada de usos en los campos más dispares. Cariopsis del maíz Antes de adentrarnos a explorar las diversas fases de elaboración que se realizan en una industria de extracción del maíz por vía húmeda, comúnmente llamada "almidonería", conviene poner brevemente bajo la lupa el cariopsis de maíz destacando su conformación, la composición y las propiedades principales de los elementos que la componen. La solubilidad en agua, el peso específico, la densidad y la hidrofobicidad son propiedades específicas de cada uno de los elementos presentes en el grano, características fundamentales para la realización de los procesos de separación y purificación de los componentes extraídos del grano. Qué es el almidón El almidón constituye la principal materia de almacenamiento energético presente en el mundo vegetal. Los cereales (maíz, trigo, cebada, arroz junto con las patatas y la tapioca) son la fuente principal de almidón que se encuentra en la naturaleza y se utiliza para usos industriales. Visualmente las moléculas de almidón aparecen de forma diferente en función de su origen: observándolas al microscopio y utilizando una solución de contraste, se detectan estructuras poliédricas típicas del maíz; Las formas redondeadas de tamaño irregular son características del almidón de trigo. Los gránulos de aspecto lenticular distinguen el almidón de patata conocido comúnmente como fécula. La molécula de almidón puede compararse por simplicidad con una bola en la que se enrollan filamentos constituidos por una secuencia lineal de moléculas de dextrosa llamadas amilosa, a las que se contraponen cadenas ramificadas denominadas amilopectina. La amilosa y la amilopectina están dispuestas radialmente en el gránulo y, por lo tanto, se mantienen unidas por la presencia de una densa red de enlaces químicos. Comúnmente el almidón contenido en los cereales está formado por un 15-25% de amilosa y 75-85% de amilopectina. Es interesante recordar en este punto que el almidón no es soluble en agua debido a la particular estructura de sus gránulos en los cuales se observa la disposición tangencial de los terminales hidrofóbicos que, al no tener ninguna afinidad con el agua, lo hacen insoluble. Para solubilizarlo es necesario dispersarlo en agua y luego, tras calentarlo a una temperatura superior a 60/70 grados, se forma una suspensión densa en la que los filamentos que componen el gránulo de almidón se separan permitiendo la inserción de moléculas de agua: Se forma entonces el así llamado sello de almidón. La presencia de agua en el interior del granulado es temporal y poco estable: como consecuencia del posterior enfriamiento que sigue a la cocción y al correspondiente estallido del almidón, el agua se expulsa de la soldadura y se forman enlaces químicos, especialmente entre los filamentos de amilosa. Este fenómeno se conoce con el término retrogradación. Cada tipo de almidón, en función de su origen botánico, tiene su propia temperatura de cocción y una respuesta específica al ciclo de calentamiento y posterior enfriamiento, que se expresa finalmente en el diferente nivel de gradación. El almidón de maíz ceroso, por ejemplo, gracias al alto contenido de amilopectina (99,8%) es capaz de estabilizar el agua absorbida durante el calentamiento y presenta así un nivel muy bajo de retrogradación. Otra característica de la amilopectina es su capacidad para complejar el yodo: por lo tanto, si se rocía almidón de maíz con una solución acuosa de yoduro de potasio, queda evidente la coloración roja del líquido de contraste. Por el contrario, en el caso del almidón de maíz común, la presencia de amilosa hace aparecer una coloración azul oscura, casi negra, la misma que se observa en todos los otros tipos de almidón. La prueba de yodo se usa comúnmente para verificar de una manera simple pero segura la pureza del almidón encerado y el grano del cual es obtenido. El comportamiento en la fase de cocción y posterior enfriamiento es muy importante para caracterizar la reología de los almidones nativos, obtenidos de las materias primas individuales. Utilizando el método analítico Brabhender, se monitoriza la variación de viscosidad del sellador de almidón describiendo un patrón para cada tipo de almidón. Como se puede observar en el gráfico lateral, el Brabender registra las variaciones de viscosidad en cada fase del ciclo de cocción: parte con el calentamiento inicial (A), seguido por la hinchazón y el estallido de los gránulos de almidón (B), para concluir con la caída de viscosidad resultante del enfriamiento de la soldadura de almidón (C). Gracias a tratamientos químicos precisos es posible modificar el comportamiento del almidón en las diferentes fases de la cocción, describiendo así trazados modificados respecto a los propios de los almidones nativos. Las características iniciales típicas de los materiales individuales en los que se trabaja, exaltadas gracias a las modificaciones químicas realizadas, siguen siendo fundamentales. Además de la viscosidad, también hay otras características reológicas que caracterizan las diferentes materias primas, que se muestran en la siguiente tabla. Calidad del maíz utilizado en la industria de almidón El proceso de producción realizado en la fábrica de almidón se adapta bien al maíz, que representa, por lo tanto, la parte más importante de la materia prima utilizada. Junto al maíz común también se utilizan los llamados maíz especiales (waxy, amylo-mais), en menor medida que el maíz común, pero muy interesantes en relación con las respectivas características reológicas de su propio almidón. Junto a estos, para algunos procesos, se utiliza el maíz blanco, interesante por su característica natural vinculada al color blanco de la cariopsis debido a la ausencia de xantofilla (pigmento amarillo), que permite la producción de almidón completamente no pigmentado definido extrablanco. Todos los tipos de maíz especial comparten la característica de que el gen determinante de la especificidad individual es recesivo: de ello se desprende que, en caso de que el óvulo de uno de ellos sea fecundado por un gránulo de polen procedente de una planta normal, pierde su naturaleza original, dando lugar a un cariopsis contaminado. Tratándose de genes recesivos que se expresan cuantitativamente, la recesividad se manifiesta puntualmente en cada cariópsis, caracterizando todo el almidón que contiene. De ello se deduce que es posible encontrar en la misma espiga todos los caroides puros o, en caso de contaminación con polen extraño, pueden coexistir los 100% puros, junto a otros cuyo almidón está completamente contaminado. El número de carjopsis contaminados en relación con el número total presente en la espiga indica el nivel de contaminación del maíz. Por convenio comercial los maíz especiales se consideran puros cuando la contaminación no supera el 2% para el maíz blanco y el 5% para el waxy y el amylo-maíz. La existencia de estos genes en la naturaleza es conocida desde hace siglos, pero solo como resultado del desarrollo de la industria del almidón y de acuerdo con la necesidad de identificar nuevos tipos de almidones para usos tecnológicos, los investigadores han desarrollado proyectos de mejora genética mendeliana específicos para permitir su producción a escala industrial. Pasando al aspecto relacionado con el uso industrial, es fundamental que los maíz especiales sean puros, es decir, libres de contaminación por polen extraño. La producción debe llevarse a cabo respetando escrupulosamente ciertas precauciones: - utilizar solo semillas puras; - utilizar maquinaria para la siembra, la recolección, el secado, el almacenamiento y el transporte perfectamente limpios de otros maíz, evitando las causas de cualquier contaminación ocasional; - sembrar solo parcelas "aisladas", es decir alejadas de campos cultivados con maíz de otro tipo para evitar la contaminación por polen extraño. Es necesario adoptar las mismas reglas para la producción de semillas híbridas. La transformación en fábrica de almidón representa, para el maíz ceroso y el maíz amiloide, la única utilización que justifica su producción, proporcionando un mercado seguro para los productores. Estos cereales especiales, junto con el maíz blanco cariopsis, se cultivan sobre la base de un contrato de cadena de suministro firmado antes de la siembra con la industria transformadora. En el respeto escrupuloso de especificaciones específicas, destinadas a la producción en aislamiento y pureza, se reconoce un diferencial de precio, siempre que los lotes cumplan con las normas de calidad requeridas. Con excepción de la pureza del maíz especial, la transformación en fábrica de almidón no requiere características adicionales del maíz: la calidad comercial entendida como "mercancía sana, leal y comercial" en cumplimiento de las normas sanitarias vigentes, responde plenamente a las necesidades de la industria del almidón. La calidad del grano se controla puntualmente a su entrada en los establecimientos para verificar el cumplimiento de los parámetros comerciales. La obligación de respetar la legislación nacional y comunitaria en materia de salud y salubridad de los alimentos exige, además, que el maíz trabajado esté libre de contaminaciones de origen fúngico (aflatoxinas y más generalmente micotoxinas), química (productos fitosanitarios) y radiactiva. Desde el punto de vista sanitario, la calidad del maíz está estrechamente relacionada con las buenas prácticas agronómicas, a partir de la elección de híbridos adecuados al entorno en el que deben cultivarse sin estrés y mantenidos libres de ataques parasitarios, y de la correcta y oportuna realización de las operaciones posteriores de recogida, secado y almacenamiento. Además de los tradicionales criterios contractuales de control de la materia prima, las empresas de almidón disponen de un método interno de control, el promatest, utilizado para verificar la calidad del maíz a utilizar. Se trata de un método analítico que, al cuantificar la desnaturalización de las proteínas causada por una no buena práctica de secado permite predecir, analizando una muestra representativa, la calidad del maíz que será procesado en el establecimiento. Elaboración en almidonera húmeda La transformación del maíz en almidón representa el típico proceso industrial en cascada, en el que el resultado de una única etapa de elaboración puede ser al mismo tiempo un producto acabado destinado a la venta o materia prima para las sucesivas fases industriales. En cualquier caso, al final del proceso de producción, los almidones y derivados obtenidos constituyen la materia prima para su uso en diversos sectores industriales y solo en muy pocos casos (como los coproductos para uso ganadero) son ellos mismos productos acabados. Un aspecto importante reside en el hecho de que no se pierde nada de los componentes del cariosida de maíz: todos sus constituyentes son extraídos, aislados y encuentran una utilización útil. La mayor parte de las elaboraciones se realizan en ambiente acuoso y en condiciones de temperatura elevada, gracias al empleo de vapor: Por lo tanto, además de utilizar grandes cantidades de materia prima agrícola, la fábrica de almidón también requiere el uso de grandes volúmenes de agua y un consumo muy importante de energía, así como para el funcionamiento de las máquinas, también para la producción de vapor, para la evaporación del agua, hasta la desecación de los productos acabados. Para dar una idea de las necesidades energéticas, basta con pensar que la demanda de energía eléctrica de un establecimiento medio que trabaja 1500 t de maíz al día es comparable a la consumida por una ciudad de 20.000 habitantes. Entrando en el detalle del proceso de producción, se procede en primer lugar al cribado y limpieza minuciosa del grano, con el fin de eliminar todas las impurezas y los pequeños fragmentos: solo los cariopsis casi intactos están destinados a la elaboración. La primera etapa real del proceso se realiza en una fábrica de almidón húmedo, donde el maíz se macera en agua durante más de treinta horas a una temperatura constante superior a 50 grados C. El objetivo de la maceración es ablandar el grano para hacer posible su posterior separación, Recuperando al mismo tiempo todos los elementos solubles. La separación también es facilitada por el uso de cantidades reducidas de bisulfito de sodio: un intercambio osmótico permite la difusión de los materiales solubles del cariósido al agua de maceración enriqueciéndola con sales minerales, aminoácidos, proteínas y ácido láctico, (formado naturalmente gracias al establecimiento de una fermentación láctica de los azúcares libres presentes en el grano), dando lugar en su conjunto a la formación del llamado corn steep liquor. Al final de la maceración se separa el corn steep liquor que, después de haber sido concentrado y a veces atomizado, está listo para la comercialización. Una parte no despreciable se añade además a la sémola de maíz, para elevar su contenido proteico, formando la harina glutinata de maíz o corn gluten feed. El grano, después de haber sido separado del agua de maceración, es enviado a grandes molinos de placas que, de manera enérgica pero delicada, pulverizan el maíz preservando la integridad de los gérmenes y transformando todo en una pulpa densa. Se inicia entonces la fase de separación mecánica del maíz, en el curso de la cual se opera aprovechando las diferentes características de densidad y peso específico de los constituyentes de la cariopsis. Los gérmenes son muy ligeros debido al alto contenido en aceite. Luego, gracias al uso de grandes hidrociclones, están separados primero ya que se encuentran a "flotar" en la suspensión constituida por leche de almidón, gluten y salvado. Inyectando en la parte apical de los hidrociclones esta suspensión y gracias a la fuerza centrífuga se genera un vórtice en el que las partes más ligeras, es decir los gérmenes, son empujados hacia arriba para ser extraídos. El germen se lava entonces repetidamente y el exceso de agua se elimina, antes de proceder al secado. El germen así acondicionado está listo para ser prensado o, alternativamente, tratado con disolventes para extraer su aceite, obteniendo como coproductos respectivamente el pan de germen o la harina de extracción de germen de maíz, empleados en la alimentación animal. La siguiente etapa de procesamiento se refiere a la separación del salvado (el pericarpio, es decir, la parte externa de la cariópsis) de la leche de almidón y gluten, realizando pasos sucesivos en tamices, intercalados con lavados repetidos. Luego se realiza un ligero prensado del germen para eliminar el exceso de agua y permitir la adición del corn steep liquor concentrado que había sido separado previamente. Después del secado, la sémola se muele y se acondiciona para ser utilizada también en el sector ganadero. Por último, las proteínas se separan del almidón mediante centrifugadoras de placas. Las proteínas, que tienen una densidad menor y flotan sobre la leche de almidón más densa, se refinan por afloramiento (overflow) a través de pasos sucesivos en cajas de flotación. El exceso de agua se elimina utilizando filtros de tambor que funcionan en depresión. El secado y el acondicionamiento finalizan la elaboración de las proteínas que se destinan a la alimentación de los animales. En este punto, después de haber aislado el agua de maceración y recuperado el germen, tamizado la sémola y extraído el gluten, no queda más que ocuparse de la leche de almidón. Primero hay que repetir varias veces el lavado de la leche de almidón mediante un proceso a contracorriente con agua potabilizada, para reducir el contenido proteico del original 2-4% al 0,3-0,4% final. La búsqueda de la pureza de la leche de almidón es fundamental, ya que de ella depende el resultado de las sucesivas aplicaciones tecnológicas a las que están destinados los almidones y sus derivados, con especial atención a los jarabes y azúcares de maíz: se quiere evitar la presencia residual de proteínas que pueden causar el oscurecimiento de los jarabes, degradando su calidad, cuando estos son calentados para el establecimiento de la conocida reacción de Maillard. Es bueno recordar que existe una correlación directa entre la separación del almidón de las proteínas: si el secado del maíz tiene lugar en condiciones no óptimas, se produce el pegado de la fracción proteica a la amilácea. La centrifugación en filtros de tela de una parte de la leche de almidón puro permite proceder a continuación a la desecación en corriente de aire caliente y a la molienda del almidón, preludio al acondicionamiento final para la venta, como almidón nativo. La parte más importante de la leche de almidón representa la materia prima para ulteriores transformaciones, realizadas en los talleres posteriores a la amidería húmeda para la producción de almidones modificados, jarabes y azúcares de maíz, productos hidrogenados, ácidos orgánicos, etc. Almidón de maíz La leche de almidón concentrada y purificada es la materia prima para la producción de varios tipos de almidones. Almidón nativo Se trata del almidón en estado natural, tal como ha sido extraído del maíz sin sufrir ningún tratamiento: se obtiene directamente de la centrifugación de la leche de almidón y se seca en corriente de aire caliente. El almidón nativo se utiliza como ingrediente para envasar dulces, como espesante en la industria alimentaria (budines, cremas y postres) o como base para las colas en el sector cartotécnico. Almidones precocidos El almidón por su naturaleza es insoluble en agua fría: para que sea soluble es necesario que se cocine antes de ser secado. Luego se procede al tratamiento térmico de la leche de almidón a una temperatura superior a 120 °C, generada por vapor bajo presión. La suspensión de leche de almidón a altos niveles de concentración se hace luego correr sobre un tambor que, gracias a rodillos contrarrotantes, crea una masa cocida y secada al mismo tiempo. La masa resultante es luego molida finamente antes de ser condicionada. El producto que se obtiene es un polvo soluble en agua fría. Con un tratamiento térmico del almidón, un contenido de agua reducido y en ambiente ligeramente ácido es posible tostar el almidón obteniendo las dextrinas que encuentran uso natural como elemento básico para la producción de colas y apósitos. Estas dextrinas, normalmente llamadas "dextrinas amarillas" debido al característico color pajizo, no deben ser confundidas con las maltodextrinas, empleadas para uso alimentario. Almidones modificados. A partir del almidón nativo puede iniciarse una serie de transformaciones de naturaleza exclusivamente química destinadas a la producción de almidones modificados. A esta categoría pertenecen: - los almidones licuados. El tratamiento de fluidificación, que se realiza en un ambiente ácido a una temperatura superior a 40 °C, tiene por objeto reducir la viscosidad del almidón y aumentar su fluidez, haciéndolo más fácil de utilizar con una concentración elevada de materia seca, como se requiere en la formulación de colas para la preparación de cartón corrugado o para la formación de placas de yeso. - Los almidones eterificados y esterificados. Se obtienen insertando grupos de dinatura química en la cadena del almidón. En el caso de los almidones eterificados, al aportar cargas positivas, se forman los llamados almidones catiónicos que, interactuando con la anionicidad (cargas negativas) de las fibras de celulosa, mejoran la resistencia y las características generales del papel. Teniendo en cuenta los diferentes reactivos químicos utilizados, la reacción de esterificación permite la fabricación de almidones acetilados y reticulados. La reología modificada de estos almidones es capaz de expresar una alta resistencia a los ataques de naturaleza química y a las tensiones mecánicas, estabilizando así la solución de almidón en el curso de sus aplicaciones principalmente en el sector alimentario, Por ejemplo, para la producción de alimentos precocinados. También es posible producir almidones que combinen dos o más de las modificaciones químicas mencionadas, permitiendo la atribución al almidón de propiedades emulsionantes. - las fibras alimenticias. Sometiendo el almidón nativo a un tratamiento de destrinización en condiciones estrictamente controladas, se realiza un proceso de repolimerización que conduce a la formación de nuevas estructuras que resultan resistentes a las enzimas del tracto del intestino medio del hombre pero que son capaces de fermentar en el siguiente tracto del colon. Las fibras alimentarias solubles se utilizan en prácticamente todos los productos alimenticios cuyo contenido de fibra se pretende aumentar con el fin de mejorar la función digestiva, entrando a veces en la formulación de alimentos particulares. Jarabes y azúcares de maíz La leche de almidón bajo la acción de ácidos y/o enzimas es licuada, es decir su cadena se corta en trozos de diversa composición, dando lugar a mezclas de azúcares. Este tipo de intervención es exactamente lo contrario de lo que hace la naturaleza. De hecho, la planta polimeriza los azúcares simples obtenidos al final del proceso fotosinteteico, lo que lleva a la formación de almidón. Dos son las enzimas empleadas para la hidrólisis del almidón: la α-amilasa, que rompe groseramente la cadena glucósida haciendo soluble el almidón, al que sigue la acción de la amiloglucosidasa, que empuja la separación hasta el único monómero, es decir, la glucosa. Al final de los diferentes procesos de hidrólisis se procede a desactivar térmicamente las enzimas. Las salsas obtenidas son filtradas y purificadas haciéndolas pasar por filtros de harinas fósiles, resinas de intercambio iónico y carbones activos, con el fin de eliminar cualquier impureza residual y hacer que la solución obtenida sea perfectamente transparente e inodora. Una vez concentrados, los azúcares de maíz pueden comercializarse. Las propiedades edulcorantes y organolépticas son una función directa del grado de hidrólisis y su nivel equivalente de dextrosa. De ello se desprende que, con la misma materia seca y bajos niveles de hidrólisis, los jarabes son viscosos y poco dulces. Empujando la hidrólisis hasta la producción de dextrosa aumenta progresivamente la viscosidad y con ella el dulzor. Todos los azúcares se distinguen por un número propio de dextrosa equivalente (DE), que identifica el grado de hidrólisis alcanzado respecto al de la dextrosa que, por convención, se toma igual a cien, siendo el monómero fruto de la hidrólisis total del almidón. Mediante el procedimiento descrito anteriormente se producen mezclas con diferentes niveles de hidrólisis y, por tanto, de viscosidad y dulzura, en función del tipo de utilización final. Para la canditura de la fruta, por ejemplo, se requiere un producto viscoso y no demasiado dulce; al contrario, en el envasado de la fruta en almíbar o los helados o las bebidas se privilegia el grado de dulzura. A los jarabes de maíz también pertenecen las hidrolas, jarabes de almidón que no presentan niveles elevadísimos de purificación. Estos están destinados al uso en la industria de fermentación, ya que compiten directamente con las melazas de remolacha y caña de azúcar. No todos los jarabes se comercializan y una parte no despreciable se utiliza a veces como materia prima para transformaciones sucesivas, en el seno de la misma fábrica, para la producción de ácidos orgánicos, de levaduras o incluso de etanol, como ocurre con frecuencia en los Estados Unidos. Maltodextrina Al realizar solo un ligero ataque con ácidos inorgánicos se producen las maltodextrinas, caracterizadas por la presencia de maltosa (dimero constituido por dos moléculas de dextrosa) y un bajo nivel de DE, inferior a 20; además no cristalizan fácilmente y son fermentables. Estas características químico-físicas determinan su uso generalizado en productos para bebés, bebidas y alimentos para deportistas, embutidos, salsas y sopas. Dextrosa Al maximizar el proceso enzimático con amiloglucosidasas se llega a la hidrólisis total del almidón, obteniendo así la dextrosa, constituyente básico del almidón. Mediante el proceso posterior de purificación y cristalización se obtiene la dextrosa en polvo y reduciendo el contenido de agua a solo la parte de cristalización se obtiene la dextrosa anhidra. Esto encuentra un gran uso en la industria alimentaria, donde, además del valor edulcorante se utiliza como humectante, para favorecer la maduración y conservación de las carnes. En condiciones de producción estrictamente controladas se producen también las soluciones de dextrosa apirógeno, utilizado como excipiente y energético en las soluciones fisiológicas inyectables en vena. Isoglucosa Haciendo actuar enzimas isomerizantes sobre la dextrosa es posible obtener fructosa que, en mezcla al 42% con la dextrosa, constituye la isoglucosa, azúcar líquido edulcorante sustituto de la sacarosa (azúcar de remolacha o de caña). El contenido de fructosa puede ser elevado hasta un 55% enriqueciendo la isoglucosa por cromatografía, procedimiento muy costoso en el plano energético. Esta práctica está muy extendida en los Estados Unidos donde la isoglucosa "55" es el edulcorante preferido para la fabricación de bebidas carbonatadas, como la cola. El principal uso de la isoglucosa es su incorporación en bebidas y néctares de frutas. Su uso sigue siendo limitado en Europa debido a una normativa comunitaria que restringe la producción vinculándola a cuotas de producción. Por el contrario, en los Estados Unidos la isoglucosa (HFCS-High Fructose Corn Scyrup) es con mucho el edulcorante más utilizado. Polioli El proceso de producción implica la hidrogenación de azúcares simples (dextrosa, fructosa) o dimeros (maltosa), reacción que tiene lugar en un entorno catalizado y bajo estricto control. Los productos obtenidos, llamados polioles (sorbitol, mannitol, xilitol, etc.), constituyen la categoría de edulcorantes (edulcorantes) naturales y se caracterizan por un poder calórico reducido (2 Kcal/g) en comparación con el de la sacarosa (4,1 Kcal/g). También son acariógenos, ya que no son fermentados por las bacterias presentes naturalmente en la boca. Por lo tanto, los polioles son ampliamente utilizados como edulcorantes o simplemente para el caramelo sin azúcar en la producción de dulces y gomas de mascar. La particular reología frente al agua permite además su empleo como humectantes y estabilizantes en la industria cosmética, que incorpora grandes volúmenes de sorbitol en la pasta dental. El mismo sorbitol es capaz de estabilizar la humedad del tabaco de fumar. Ciclodextrinas Las ciclodextrinas se fabrican mediante un proceso de alta tecnología gracias a la acción de enzimas ciclizadoras que actúan sobre las maltodextrinas que han sido previamente sometidas a un proceso de licuefacción. Las enzimas son capaces de organizar en forma cíclica las moléculas de maltodextrina, formando un anillo capaz de incluir mecánicamente moléculas cuyas dimensiones son compatibles con el espacio vacío interno de la ciclodextrina misma. En función del número de moléculas que componen el anillo se obtienen las α-ciclodextrinas con seis unidades glicopiranosas, las β-ciclodextrinas con siete unidades y las γ-ciclodextrinas con ocho unidades glicopiranosas. Al ser insolubles en agua, las ciclodextrinas pueden ejercer una función de derivación de principios medicamentosos a través del primer tramo del sistema digestivo humano, mientras que son fermentadas por la flora bacteriana del colon. También pueden ejercer una acción retardante en la liberación de aromas en las gomas de mascar o ralentizar la oxidación o simplemente camuflar el aroma desagradable del aceite de hígado de bacalao, destinado a la ingesta oral, y por último como captura de olores para ambientes domésticos. Colorante de caramelo El tratamiento a altas temperaturas por encima de 160-170°C de jarabe de glucosa concentrado provoca el oscurecimiento de la solución con la consiguiente producción de caramelo. En función de las condiciones de tratamiento (temperatura y carga salina) es posible modificar la intensidad del color del producto acabado. El caramelo, colorante natural, se utiliza ampliamente en la industria de la confitería, bebidas, bebidas espirituosas, cervezas y vinagre. Maíz en la industria de molienda La molienda para la producción de harinas alimenticias fue el primer procesamiento del maíz. La técnica de molienda ha evolucionado mucho a lo largo de los siglos: se ha pasado de la molienda en molinos impulsados por la energía de animales de tiro para luego aprovechar la fuerza del agua y el viento capturados por los molinos mismos. Los procesos que se llevan a cabo en las modernas instalaciones permiten aprovechar al máximo las características físicas del grano, obteniendo, con la precisión deseada, una amplia gama de productos destinados a la alimentación humana, la fermentación y la nutrición animal. El objetivo del procesamiento en los molinos es triturar mecánicamente la cariósida, con el fin de separar selectivamente el germen y el salvado de las fracturas de diferente calibre, limitando al mismo tiempo la formación de farinatos. Todos los tipos de maíz se pueden utilizar en molinos; sin embargo, es preferible emplear variedades con la fractura tendencialmente vítrea, que responden mejor a las tensiones mecánicas permitiendo un mejor rendimiento de fabricación y garantizando la obtención de productos acabados aptos para las posteriores aplicaciones industriales. Son varias las técnicas que se pueden utilizar para la molienda del maíz, pero todas ellas pueden reducirse a dos principios generales: el procesamiento en seco y el procesamiento con hidratación previa del grano. En primer lugar es necesario proceder a un cuidadoso cribado y limpieza del maíz para eliminar todas las impurezas y eventuales cuerpos extraños. El maíz, limpio, se dirige entonces a los desgerminadores que por vía mecánica determinan el desprendimiento neto del germen, gracias a la elasticidad de este último que se contrapone a la compacidad de la parte vítrea y a la friabilidad de la parte farinosa de la cariopsis. La separación del germen, combinada con el calibrado de los fragmentos vítreos, se realiza gracias a su diferente peso específico. El germen es entonces objeto de una purificación mecánica adicional con el fin de separar las últimas impurezas residuales y ser iniciado a la extracción del aceite. Además del esquema de elaboración en molino seco, se adoptan técnicas más sofisticadas que prevén recurrir a diferentes niveles de hidratación preventiva del grano para permitir la fabricación de diferentes tipologías de productos acabados, Un proceso que no tiene nada que ver con el procesamiento en la fábrica de almidón donde la separación del maíz implica una maceración prolongada. La adición de agua tiene como objetivo el ablandamiento del grano que se produce en 8-10 horas y que da mayor elasticidad al germen facilitando el desprendimiento del pericarpio. El paso final en el canal del plansicher (máquina apta para separar los productos molidos de los laminadores, separando la harina del salvado) que permite clasificar los siguientes productos: - hominy gritz: partidos de calibre entre 5700 y 4000 micron; - corn-rice: partidos sucedáneos del arroz (3160-1000 micras), se emplean para la alimentación humana en el sudeste asiático; - fraccionados de diversa granulometría. En función de las diferentes técnicas de elaboración, ya sean secas, húmedas o semihúmedas, se pueden elaborar diferentes balances productivos, además de la obtención de productos acabados con características diferentes, que determinan su utilización en los distintos sectores. La producción de la harina de maíz, ya sea bramata o floretto, está destinada a la preparación de la polenta o para cocinar pasteles. Este sigue siendo el uso más común. La evolución de los gustos y de los consumos vinculados a las propiedades intrínsecas del maíz, que representa una importante fuente de hidratos de carbono fermentables, ha inducido a la industria molinera a modificar la naturaleza de sus productos acabados en función de las nuevas exigencias de aplicación. A la tradicional bramata se han unido las harinas precocinadas, que se pueden cocinar en pocos minutos y que responden eficazmente a los ritmos acelerados de los tiempos modernos. Las mismas harinas precocinadas, altamente digeribles, se utilizan en alimentos para bebés y en los alimentos de destete para niños. En los últimos años se ha desarrollado el mercado de los corn-flakes, productos ricos en fibra, consumidos principalmente para el desayuno. Los trozos grandes de maíz descascarillado son previamente amasados con agua, aromas, malta, aditivos varios antes de ser cocidos en autoclave. Después de una fase de reposo, que puede durar hasta 24 horas, se lamina, se seca y luego se envasa. El elevado contenido de almidón total, alrededor del 70%, hace del maíz el cereal privilegiado como materia prima para las fermentaciones y, en particular, para la producción de bebidas alcohólicas como el whisky, el gin, el ron, el vodka, etc. El uso de maíz desgerminado en este campo de aplicación permite obtener rendimientos elevados, hasta un 82-83%. La mezcla de gritz de maíz granulado (del calibre 250-1250 micras), con un 35-40% de malta, constituye la receta básica para la producción de cerveza. Almidón y química verde El almidón juega un papel importante en el sector de la "química verde", que identifica ese conjunto de actividades que transforman materias primas agrícolas con el objetivo de sustituir progresivamente sustancias peligrosas, tóxicas y contaminantes, de acuerdo con la estrategia europea para desarrollar actividades industriales eco-sostenibles. La fábrica de almidón puede, por tanto, definirse plenamente como una biorrefinería que utiliza exclusivamente materias primas renovables como el maíz para producir el almidón. El almidón, como se ha visto, es un polímero perfectamente biodegradable que se presenta como una alternativa válida al uso de productos que en gran medida se obtienen a partir de materias primas de origen fósil. Mediante procesos de fermentación se produce ácido cítrico, ácido láctico, ácidos orgánicos, enzimas, levaduras y etanol. Mediante procesos químicos se producen resinas, plásticos biodegradables (polilactato), fibras textiles alternativas a los poliésteres, disolventes biodegradables, lubricantes, disolventes, agrofármacos, neumáticos de coche, bandas adhesivas, pegamentos, así como medicamentos, películas plastificantes, etc. El plástico biodegradable El plástico biodegradable es un ejemplo evidente de cómo el maíz, a través del uso de sus derivados obtenidos en la industria de almidón, juega un papel fundamental en la difusión del uso de productos ecológicos, fácilmente compostables y completamente reciclables. La dextrosa, azúcar simple obtenido por hidrólisis del almidón, es la materia prima para la realización de un proceso fermentativo natural que conduce a la producción de ácido láctico, un ácido orgánico que se encuentra en la naturaleza al final de numerosos procesos biológicos. Gracias a un posterior proceso de cristalización es posible eliminar el agua, etapa preliminar para un posterior proceso de polimerización, que conduce a la formación de polilattos (PLA y PHA). Estos productos, después de otros procesos industriales, pueden dar origen a resinas o fibras de diverso aspecto, flexibilidad, plasticidad y resistencia. El plástico biodegradable se utiliza ampliamente en la fabricación de contenedores para residuos orgánicos, bolsas de compra que sustituyen al papel de celulosa, películas y envases para alimentos, utensilios diversos. Nuevas y cada vez más sofisticadas transformaciones permiten producir fibras textiles asimilables al poliéster o ser utilizadas en la fabricación de neumáticos en sustitución del negro humo.