ISBN: 978-9942-36-373-2
Samanta Silva Valencia, Nelly Muñoz y Pedro Maldonado Alvarado
Departamento de Ciencia de Alimentos y Biotecnología. Escuela Politécnica Nacional del Ecuador. 170517 Quito – Ecuador
pedro.maldonado@epn.edu.ec
En el Ecuador, la yuca es un producto endémico y tiene una producción de 18675 Tm en la provincia de Manabí y 1099 TM en la provincia de Esmeraldas. Una parte de la producción se destina a la extracción del almidón de yuca, que genera una fuente de ingresos para los productores de estas zonas. Las propiedades y características funcionales del almidón nativo pueden ser un limitante para su utilización industrial; como, por ejemplo: la baja resistencia a fuerzas de cizallamiento, cambios de temperatura, pH, insolubilidad en agua fría, viscosidad no controlada, pueden ser causantes de inestabilidad. Estos problemas se pueden superar a través de la modificación estructural del almidón, se puede usar métodos físicos, enzimáticos o químicos, proporcionando de esta manera mejores características, como una mayor solubilidad y estabilidad, mayores rendimientos de procesamiento y almacenamiento y dando así un nuevo valor agregado al almidón nativo. Las aplicaciones industriales del almidón modificado son amplias, desde adhesivos, recubrimientos, refinamiento de pulpa, aglutinante. Ecuador no produce almidón modificado, por lo que el país llega a importar alrededor de 4,5 Toneladas de almidón modificado al año. Así, una oportunidad de trabajo de importancia sería la investigación, desarrollo y producción de este sustrato, en particular, contribuir con esto a la reactivación y desarrollo económico de las provincias de Manabí y Esmeraldas, el objetivo macro del proyecto. (Auh et al., 2006; BeMiller, James;Whistler, 2009; Bertolini, 2010; Fennema, Damodaran, & Parkin, 2000).
Las modificaciones químicas llevadas a cabo a través de reacciones de carboximetilación constituyen una herramienta para la modificación de almidones al ser una forma sencilla de obtener derivados que cuenten con propiedades industriales prometedoras. El objetivo de esta modificación es introducir grupos hidrofílicos en la estructura del almidón para poder estabilizarlo y promover el reordenamiento molecular (Heinze & Koschella, 2005; Stojanović, Jeremić, Jovanović, & Lechner, 2005)
El objetivo de este estudio fue la carboximetilación del almidón de yuca (Manihot esculenta Crantz) ecuatoriana por modificación química.
El almidón carboximetilado se obtuvo por modificación química del almidón de yuca nativo de dos variedades ecuatorianas INIAP 650 e INIAP 651. Se probaron tres medios de reacción: isopropanol, agua, y dimetilsulfoxida; utilizando dos agentes modificantes: ácido monocloroacético y monocloroacetato sódico y como agente activante en la reacción se utilizó hidróxido de sodio. Este último es el encargado de “hinchar” el granulo de almidón de una manera uniforme y alcalinizar el medio para que se desarrolle la reacción, y así se logre el proceso carboximetilación. Las condiciones de la experiencia como tiempo de activación (1h), tiempo de reacción (2.5 h) y temperatura de reacción (65°C), se mantuvieron iguales para toda la primera parte. Finalizado el tiempo de reacción, los productos obtenidos en agua y dimetilsulfoxida fueron alcanzados por precipitación de la solución, mientras que los derivados obtenidos en isopropanol permanecieron insolubles durante toda la reacción. En la segunda parte, luego de haber encontrado las mejores condiciones con el medio de reacción y agente modificante, se estudió el efecto que produce el cambiar variables como la temperatura y tiempo de reacción.
Se realizaron análisis de la formación de grupos carboxilo para cuantificarlos a través de una valoración ácido-básica. Análisis reológicos fueron estipulados para medir la viscosidad a través del uso de un reómetro con celda de pasteado. Además se hizo un estudio por espectrofotometría de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR) el cual mide la absorbancia de la luz infrarroja de una muestra en diferentes longitudes de onda (Thermo Fisher, 2013).
Los resultados indican que al analizar el grado de sustitución en los productos carboximetilados a través de FTIR, se puede ver el aumento de intensidad de bandas de grupos C=O (carboxilo) comparadas con el almidón nativo. En la valoración ácido-básica, también se obtienen un incremento de estos grupos. En los análisis reológicos se puede apreciar la disminución en la viscosidad en los productos modificados en comparación con el nativo, como se puede ver en la figura 1.
En la figura 2 y 3 se puede observar el
precipitado obtenido de la reacción en medio acuoso y en medio dimetilsulfoxida con monocloroacetato sódico como agente
modificante, en las cuales se encuentra diferencias en cuanto a su fluidez, la
muestra del medio acuoso tiene mayor consistencia, en comparación a la muestra
obtenida en el medio de dimetilsulfoxida y estas dos en comparación al almidón
nativo de la figura 4.
Siguiendo las condiciones de experimentación, el agente modificante que da mejores resultados es el monocloroacetato sódico comparado con el ácido monocloroacético. Se obtuvo productos solubles en agua cuando se realizó la carboximetilación en medio acuoso y dimetilsulfoxida, mientras que los realizados en isopropanol resultaron insolubles, lo que indica que la modificación en el medio de isopropanol se dio de manera superficial y que la estructura del almidón no llegó a modificarse por completo.
Auh, J. H., Kwon, K., Park, C. H., Park, K. H., Kim, J.-W., & Ko, C. J. (2006). Physicochemical Properties and Functionality of Highly Carboxymethylated Starch. Starch – Stärke, 49(12), 499–505. https://doi.org/10.1002/star.19970491207
BeMiller, James;Whistler, R. (2009). Starch Chemistry and Technology (Third Edit). USA: Elsevier Inc.
Bertolini, A. (2010). Starches Characterization, Properties and Applications (1st ed.). New York: Taylor and Francis Group, LLC.
Fennema, O., Damodaran, S., & Parkin, K. (2000). Quimica de los Alimentos. In Quimica de los alimentos (Segunda, p. 1166). Zaragoza.
Heinze, T., & Koschella, A. (2005). Carboxymethyl ethers of cellulose and starch – A review. Macromolecular Symposia, 223(May), 13–39. https://doi.org/10.1002/masy.200550502
Stojanović, Ž., Jeremić, K., Jovanović, S., & Lechner, M. D. (2005). A comparison of some methods for the determination of the degree of substitution of carboxymethyl starch. Starch/Staerke, 57(2), 79–83. https://doi.org/10.1002/star.200400342
Thermo Fisher. (2013). Introduction to Fourier Transform Infrared Spectroscopy. Retrieved from https://tools.thermofisher.com/content/sfs/brochures/BR50555_E_0513M_H_1.pdf