Enzymatic modification of starches to improve their technological and functional properties

En la última década, los polímeros porosos han atraído la atención de las industrias alimentarias y no alimentarias principalmente por su gran capacidad absorbente, la cual está determinada por el número y tamaño de poros. En este tipo de materiales se han integrado biopolímeros como los almidones tras ser sometidos a tratamientos físicos, químicos o enzimáticos. Estos últimos, son los que se consideran más prometedores al originar biopolímeros etiqueta limpia. Sin embargo, los estudios realizados no permiten un control de la porosidad de los almidones. El objetivo de esta tesis doctoral fue el estudio integral de la producción de almidones porosos mediante tratamientos enzimáticos que permitieran modular las propiedades estructurales y tecnológicas de los almidones. Para conseguir dicho objetivo se utilizaron almidones nativos de distintos orígenes (maíz, trigo, arroz, patata, tapioca) y distintas enzimas hidrolíticas (amiloglucosidasa, alfa amilasa, ciclodextrin glicosil transferasa, enzima ramificante) para la obtención de almidones porosos, los cuales se caracterizaron atendiendo a sus propiedades estructurales, tecnológicas y digestibilidad in vitro. Asimismo, se determinó su viabilidad como vehículos de probióticos. El análisis de superficie de los gránulos de almidón realizado mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) indicó que la porosidad de los almidones se puede modular utilizando diversas estrategias como el empleo de enzimas con diferente actividad hidrolítica, variando la concentración de estas enzimas o utilizando almidones de distinto origen botánico. La amiloglucosidasa fue la hidrolasa que originó poros de mayor tamaño, los cuales fueron más profundos en los almidones de cereales. Además, el control de la porosidad permitió modificar la funcionalidad de los almidones, afectándose significativamente su capacidad de retener agua y aceite, su capacidad de formación de pasta, propiedades térmicas, e incluso su digestibilidad in vitro. Los almidones de maíz y arroz porosos obtenidos con alfa amilasas se aplicaron como vehículos de probióticos, observándose un incremento de la estabilidad térmica de Lactobacillus plantarum, sobre todo tras ser recubiertos con almidón gelatinizado. Además, el estudio realizado con los almidones porosos tras su gelatinización abre la posibilidad de obtener hidrogeles con propiedades estructurales y funcionales diversas.In the last decade, porous polymers have attracted the attention of the food and non-food industries owing their great absorption capacity, which is dependent on the number and sizes of the pores. In this type of materials have been incorporated diverse polymers like starches after being subjected to physical, chemical or enzymatical treatments. The latter are considered the most promising due to the resulting materials are clean label polymers. However, up to now, the reported studies do not allow controlling the starch porosity. The objective of this doctoral thesis was the integral study of the production of porous starches by enzymatic treatment in order to modulate their structural and technological properties. With that purpose, native starches from different origin (corn, wheat, rice, potato and cassava) and diverse amylases (amyloglucosidase, alpha amylase, cyclodextrin-glycosyltransferase, branching enzyme) were used for producing porous starches, which were then characterized according to their structural and technological properties, as well as their in vitro digestibility. In addition, their viability as probiotic carriers was evaluated. The surface analysis of the starch granules, carried out by scanning electronic microscopy (SEM) indicated that the porosity of the starches could be modulated by either using enzymes with different hydrolytic activity, changing of enzymatic levels, or employing starches from diverse botanical origin. The amyloglucosidase led to porous starches with bigger pore sizes, and those were deeper in the case of cereal starches. Moreover, the control of starch porosity allowed changing the functionality of the starches, significantly affecting the water and oil holding capacities, the pasting and thermal properties and even their behavior during in vitro digestibility. Porous starches obtained from corn or rice after treated with alpha amylase were tested as probiotic carriers, yielding an increase of the thermal stability of Lactobacillus plantarum, especially after being coated with gelatinized starch. Additionally, the study carried out with the porous starches after being subjected to gelatinization opens new opportunities to obtain hydrogels with diverse structural and functional properties