proyecto platano corregido

8/13/2019 proyecto platano corregido

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APROVECHAMIENTO DEL ALMIDN DEL JUGO DE PSEUDOTALLO DEL

PLTANO DOMINICO HARTNEN EL ESTUDIO DE LA HIDRLISIS CIDAASISTIDA POR MICROONDAS

ANDRS FELIPE MARMOLEJO VALENCIA

Trabajo de grado presentado como

requisito parcial para optar el ttulo de Qumico.

Directores:

ANDERSON GUARNIZO FRANCO, Qco, M.Sc., profesor Universidad del

Tolima.PEDRO NEL MARTINEZ YEPES, Ing.Q., M.Sc., Ph.D., profesor Titular del

Programa de Qumica

UNIVERSIDAD DEL QUINDIO

FACULTAD DE CIENCIAS BSICAS Y TECNOLOGAS

PROGRAMA DE QUMICA

ARMENIAQUINDO

2012


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DEDICATORIA

Este trabajo de grado es dedicado para todos los que estuvieron al pendiente de

su desarrollo y culminacin, a la misma Universidad del Quindo por acogerme tan

especialmente, a Natalia Rendn Londoo por brindarme muchos nimos en la

terminacin del proyecto y en especial a toda mi familia, principalmente a mi padre

y a mi madre, los cuales, desde el inicio de la carrera confiaron en mis

capacidades y cuidaron de mi bienestar.

AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer a mis compaeros Miyer Alejandro Ladino Cardona y Juan

David Cceres Sierra, por el trabajo conjunto realizado y los momentos que se

vivieron realizndolo.

Le doy las gracias a mis directores Pedro Nel Martnez Yepes y Anderson

Guarnizo Franco por acogerme en el grupo Qumico de Investigacin y Desarrollo

Ambiental.

Por ltimo doy las gracias a Luis Alfonso Salazar, encargado del laboratorio de

instrumental del laboratorio de qumica, al profesor Diego Arias del programa de

Fsica por la colaboracin en anlisis requeridos, al laboratorio de Fsica de

Plasma de la Universidad Nacional sede Manizales y el Instituto Interdisciplinario

de las Ciencias de la Universidad del Quindo por la facilidad en la realizacin de

los anlisis de microscopia electrnica de barrido en el ambiente y rayos X,

respectivamente.


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I

TABLA DE CONTENIDO

Pgina

INTRODUCCIN.................................................................................................... 1

1. MARCO TERICO Y REFERENCIAL................................................................ 4

1.1 PLTANO CLON DOMINICO HARTN. ....................................................... 4

1.1.1 Clasificacin taxonmica ......................................................................... 4

1.1.2 Descripcin botnica. ............................................................................... 4

1.1.3 Destronque de la planta de pltano. ........................................................... 5

1.2 APROVECHAMIENTO DE RESIDUOS DEL PLTANO DOMINICOHARTN(MUSA AAB SIMMONDS) EN EL EJE CAFETERO. ........................... 6

1.2.1 Obtencin de papel a partir del pseudotallo. ............................................ 8

1.2.2 Jugo del pseudotallo del pltano Dominico Hartn. ................................. 9

1.2.3 Obtencin de almidn a partir de segundas y terceras generaciones delpltano verde clon Dominico Hartn. ................................................................ 9

1.4 CALENTAMIENTO POR MICROONDAS .................................................... 12

1.4.1 Proceso del calentamiento inducido por microondas ............................. 13

1.4.2 Horno microondas domstico en reacciones qumicas. ......................... 15

1.4.3 Tiempo y potencia en radiacin por microondas. .................................. 17

1.4.4 Influencia de las microondas sobre una reaccin .................................. 18

1.5 HIDRLISIS CIDA DE ALMIDN ASISTIDA POR MICROONDAS. ......... 191.5.1 Almidn. ................................................................................................. 19

1.5.2 Hidrlisis cida del almidn. .................................................................. 20

1.5.5 Hidrlisis enzimtica del almidn del fruto del pltano. .......................... 22

1.5.5 Radiacin microondas en la hidrlisis cida de almidones. ................... 23

1.6 ALGUNOS USOS DE LOS HIDROLIZADOS............................................... 27

1.7 CARACTERSTICAS DE ALMIDONES. ...................................................... 29

1.7.1 Cristalinidad por difraccin de rayos X (RX) y Espectroscopia Infrarrojacon Transformada de Fourier (FTIR) y Reflectancia Total Atenuada (ATR). .. 29

1.7.2 Amilosa aparente. .................................................................................. 31

1.7.3 Energa de activacin por dinmica de anlisis termogravimtrico........ 33

1.7.4 Morfologa del grnulo de almidn por Microscopia Electrnica deBarrido en Ambiente (E-SEM) y por Microscopia ptica (MO). ...................... 35

1.7.5 Grado de ramificacin y longitud promedio de los residuos en la cadenade la amilopectina. .......................................................................................... 37


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II

2. OBJETIVOS...................................................................................................... 40

2.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................. 40

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ........................................................................ 40

3. METODOLOGA............................................................................................... 41

3.1 CUANTIFICACIN DEL ALMIDN DEL PSEUDOTALLO DE PLTANODOMINICO HARTN. ........................................................................................ 41

3.1.1 Recoleccin del material vegetal. .......................................................... 41

3.1.2 Cuantificacin del almidn en el pseudotallo. ........................................ 44

3.1.3 Humedad y materia seca en el pseudotallo. .......................................... 45

3.1.4 Mtodo de antrona modificado .............................................................. 45

3.2 OBTENCIN DE ALMIDN DESDE JUGO DE PSEUDOTALLO DEPLTANO DOMINICO HARTNPOR VA HMEDA. ...................................... 46

3.2.1 Preparacin del jugo de pseudotallo. ..................................................... 46

3.2.2 Precipitacin y purificacin del almidn. ................................................ 46

3.2.3 Rendimiento del aislamiento. ................................................................. 47

3.3 HIDRLISIS CIDA DEL ALMIDN DEL PSEUDOTALLO. ....................... 47

3.3.1 Hidrlisis cida asistida por microondas ................................................ 47

3.3.2 Hidrlisis cida del almidn por incubacin ........................................... 49

3.3.3 Azcares Reductores Totales (ART) ..................................................... 50

3.3.4 Anlisis de HidroxiMetilFurfural (HMF). ................................................. 51

3.3.5 Glucosa por mtodo Glucosa Oxidasa-Peroxidasa (GOD-PAD). .......... 52

3.4 COMPARACIN ENTRE LA HIDRLISIS ASISTIDA POR MICROONDAS YLA HIDRLISIS POR CONVECCIN. .............................................................. 53

3.5 CARACTERIZACIN DEL ALMIDN. ......................................................... 53

3.5.1 Pureza ................................................................................................... 53

3.5.2 Difraccin de Rayos X. .......................................................................... 54

3.5.3 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FTIR) yAccesorio de Reflectancia Total Atenuada (ATR). .......................................... 54

3.5.4 Amilosa aparente. ................................................................................. 55

3.5.5 Estudio cintico de anlisis termogravimtrico para almidones. ........... 56

3.5.6 Microscopia Electrnica de Barrido en el Ambiente (E-SEM) ............... 57

3.5.7 Microscopia ptica (MO). ..................................................................... 57

3.5.8 Grado de ramificacin y longitud promedio de residuos de laamilopectina. ................................................................................................... 57


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III

4. ANLISIS DE RESULTADOS.......................................................................... 60

4.1 CUANTIFICACIN DEL ALMIDN DEL PSEUDOTALLO DE PLTANODOMINICO HARTN. ........................................................................................ 60

4.2 OBTENCIN DE ALMIDN DESDE EL JUGO DE PSEUDOTALLO DEPLTANO DOMINICO HARTNPOR VA HMEDA. ...................................... 63

4.3 HIDRLISIS CIDA DEL ALMIDN DEL PSEUDOTALLO. ....................... 65

4.3.1 Hidrlisis cida asistida por microondas ................................................ 65

4.3.2 Hidrlisis cida del almidn por incubacin. .......................................... 69

4.3.3 Glucosa por mtodo Glucosa Oxidasa-Peroxidasa (GOD-PAD). .......... 72

4.4 COMPARACIN ENTRE LA HIDRLISIS ASISTIDA POR MICROONDAS YLA HIDRLISIS POR CONVECCIN. .............................................................. 73

4.5 CARACTERIZACIN DEL ALMIDN. ......................................................... 76

4.5.2 Amilosa aparente. ................................................................................. 77

4.5.3 Difraccin de Rayos X. .......................................................................... 79

4.5.4 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FTIR) yaccesorio de reflectancia total atenuada (ATR). ............................................. 80

4.5.5 Cintica de anlisis termo-gravimtrico. ............................................... 82

4.5.6 Grado de ramificacin y longitud promedio de residuos de laamilopectina. ................................................................................................... 87

4.5.7 Microscopia Electrnica de Barrido en el Ambiente (E-SEM) yMicroscopia ptica (MO). ............................................................................... 88

CONCLUSIONES................................................................................................. 90

RECOMENDACIONES......................................................................................... 93

BIBLIOGRAFA.................................................................................................... 94

ANEXO A............................................................................................................ 105

ANEXO B............................................................................................................ 106

ANEXO C............................................................................................................ 110

ANEXO D............................................................................................................ 111

ANEXO E............................................................................................................ 117


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IV

TABLA DE FIGURAS

Pagina

Figura 1.Partes importantes a tener en cuenta de la planta de pltano (Silva, C.;

2010). ...................................................................................................................... 5

Figura 2. (A) Destino del pseudotallo. (B)Destino de las segundas y tercerasgeneraciones del fruto. (C)Destino del raquis. (D)Destino residuos foliares. (E)Destino cscara del fruto (Mazzeo, M.; et al.; 2010).............................................. 7Figura 3.Papel obtenido de las fibras del Pseudotallo de pltano (Mazzeo, M., etal.; 2010). ................................................................................................................ 8Figura 4.Interaccin dipolar en molculas producida por radiacin de microondas(Carballido, M. R.; 2007). ...................................................................................... 13Figura 5.Conduccin Inica generada por la radiacin microondas (Carballido, M.R.; 2007)................................................................................................................ 14Figura 6.Transferencia de calor en el calentamiento convencional y microondas(Carballido, M. R.; 2007). ...................................................................................... 15Figura 7.Perfil energtico de una reaccin (Carballido, M. R.; 2007). ................. 18Figura 8.A) Fragmento de amilosa. B) Fragmento de amilopectina. ................... 20Figura 9.Reaccin de la hidrlisis de un fragmento de amilosa catalizada porcido (Garca, G.; et al.; 2004). ............................................................................. 20Figura 10.Formacin del hidroximetilfurfural desde glucosa por la accin decidos (Dergal, B.; 1990). ...................................................................................... 21Figura 11.Anlisis HPLC de los hidrolizados de la solucin de almidn despusde la irradiacin de microondas o termo-hidrlisis en suspensin cida. 1 Es elperfil de HPLC de dextrano (peso molecular 40 000); 2 es dextrano (PM 8800); 3es la glucosa; 4, 5, 6, y 7 representan suspensiones de almidn que se incubarona 100 C durante 5, 10, 20, o 60 min, respectivamente; 8, 9 y 10 representan lassuspensiones de almidn sometidos a irradiacin de microondas a 30 % de lapotencia total de 3, 4, o 5 min, respectivamente (Yu, H.; et al.; 1996). ................. 25Figura 12.Medicin de la absorbancia (395-500 nm, absorcin delhidroximetilfurfural y sustancias colorantes) del hidrolizado de almidn despus dela irradiacin de microondas durante 5 minutos (curva 2) o despus de laincubacin a 100 C durante 5 min (curva 1), 30 min (curva 3) , 1 h (curva 4), 8 h(curva 5), y 24 h (curva 6). La escala de la columna vertical de la curva 6 serepresenta a la derecha y todos los dems estn a la izquierda (Yu, H.; et al.;1996). .................................................................................................................... 25Figura 13.Patrones de difraccin de Rayos X de distintos almidones (de la Rosa,J.; 2009). ............................................................................................................... 30Figura 14.Micrografas por E-SEM de A)almidn de maz 5000x. B)almidn deyuca 500x. C)almidn de papa 1500x. D)almidn del fruto de pltano 500x (Han,Z.; et al.; 2009) (Nwokocha, L.; et al.; 2009) (Sujka, M. et al.; 2009) (Guerra, D.; etal.; 2008). .............................................................................................................. 37Figura 15.Micrografas por MO de A)almidn de maz 400x. B)almidn de yuca400x. C)almidn de papa 400x (Medina, J.; et al.; 2008) y D)almidn del fruto depltano 100x (Zhang, P.; et al.; 2005). .................................................................. 37Figura 16.Sitio de recoleccin del material (Google maps. 2012)....................... 42


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V

Figura 17.Nombres y ubicacin de las partes analizadas en el pseudotallo delpltano. ................................................................................................................. 43Figura 18.Muestra en cada trozo de pseudotallo desechado para cuantificacinde almidn. ............................................................................................................ 43Figura 19.Microondas domestico marca LG HM 1449C de 2.45GHz y 1000W de

potencia de salida. ................................................................................................ 48

Figura 20.Horno de recirculacin Binder serie ED. .............................................. 49Figura 21.Regresin lineal para el rendimiento del aislamiento. ......................... 64Figura 22.Medias estadsticas Factor vs %ART en sus diferentes niveles, para lahidrlisis por microondas. ...................................................................................... 66Figura 23.%ART para cada combinacin concentracin de almidn yconcentracin de cido en sus diferentes tiempos para la hidrlisis asistida pormicroondas. ........................................................................................................... 68Figura 24.HMF para cada combinacin concentracin de almidn y concentracinde cido en sus diferentes tiempos para la hidrlisis asistida por microondas...... 68Figura 25.Medias estadsticas para Factor vs %ART en sus diferentes niveles,para la hidrlisis por incubacin. ........................................................................... 70Figura 26.%ART para cada combinacin concentracin de almidn yconcentracin de cido en sus diferentes tiempos para en la hidrlisis porincubacin. ............................................................................................................ 71Figura 27.HMF para cada combinacin concentracin de almidn y concentracinde cido en sus diferentes tiempos para en la hidrlisis por incubacin. .............. 71Figura 28.A)Grfico de las medias para el factor mtodo. B) Grfico delcomportamiento de cada mtodo (ART y GOD-PAD) en los 8 experimentos. ...... 73Figura 29.Comparacin de los %ART entre todas las condiciones de las hidrlisiscidas realizadas. Barras azules: Microondas 200W. Barras roja: Incubacin100C. ................................................................................................................... 74Figura 30.Almidn aislado del pseudotallo. ......................................................... 77Figura 31.Amilosaaparente en el almidn del pseudotallo de pltano. ............... 78Figura 32.Patrn de difraccin del almidn aislado del pseudotallo y susparmetros para hallar su ndice de cristalinidad. ................................................. 79Figura 33.Espectro infrarrojo con reflectancia total atenuada (ATR) del almidndel pseudotallo desde los 700 cm-1hasta los 1400 cm-1. ...................................... 81Figura 34.Curvas del anlisis termo-gravimtrico (TG) del almidn de pseudotalloa diferentes velocidades de calentamiento. .......................................................... 83Figura 35.Curvas de las derivadas del anlisis termo-gravimtrico (DTG) para lasdistintas velocidades de calentamiento del almidn del pseudotallo. .................... 83Figura 36.Diagrama de la energa de activacin por cada mtodo empleado parasu clculo. ............................................................................................................. 86Figura 37.Imgenes de E-SEM para el almidn aislado con aumentos de 2000x,1000x y 500x. ........................................................................................................ 89Figura 38.Imagen en microscopia ptica del almidn obtenido con aumento de100x. ..................................................................................................................... 89


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VI

TABLA DE TABLAS

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Tabla 1.Caractersticas fisicoqumicas de los subproductos del pltano. .............. 6

Tabla 2.% de almidn despus de decantado del jugo del pseudotallo. ................ 9

Tabla 3.Composicin en porcentaje base seca del fruto de pltano verdeDominico Hartn. ................................................................................................... 10Tabla 4.Aislamiento del almidn desde el fruto de pltano va mtodo seco. ...... 10Tabla 5.Aislamiento del almidn desde el fruto de pltano va mtodo hmedo. 11Tabla 6.ndices de cristalinidad por difraccin de rayos X y espectroscopiainfrarroja. ............................................................................................................... 31Tabla 7.Porcentaje de amilosa en algunos almidones nativos comunes. ............ 32Tabla 8.Datos de energa de activacin por dinmica de descomposicin dedistintos almidones. ............................................................................................... 33Tabla 9.Mtodos cinticos para evaluacin de la energa de activacin por TGA............................................................................................................................... 35Tabla 10.Promedio de la longitud de la cadena de la amilopectina para algunosalmidones. ............................................................................................................. 38Tabla 11.Preparacin de la curva estndar de amilosa. ...................................... 55Tabla 12.Contenido de almidn por ubicacin y por planta. ................................ 61Tabla 13.Humedad y materia seca en el pseudotallo. ......................................... 62Tabla 14.Peso del pseudotallo total y desechado. ............................................... 62Tabla 15.Rendimiento en el aislamiento de almidn del pesudotallo va hmeda............................................................................................................................... 63Tabla 16.Resultados de azcares reductores totales (ART) e hidroximetilfurfural(HMF) para la hidrlisis cida asistida por microondas del almidn aislado desdepseudotallo. ........................................................................................................... 67Tabla 17.Resultados de Azcares Reductores Totales (ART) e hidroximetilfurfural(HMF) para la hidrlisis por incubacin del almidn del pseudotallo. .................... 69Tabla 18.Comparacin de los resultados entre el mtodo ART y el mtodo GOD-PAD. ...................................................................................................................... 72Tabla 19.Pureza del almidn aislado. .................................................................. 77Tabla 20.Cristalinidad del almidn por Rayos X por Hermans y Weidinger. ........ 80Tabla 21.Cristalinidad del almidn por IR-ATR. ................................................... 81Tabla 22.Temperatura donde se halla el mximo de la descomposicin delalmidn para cada velocidad de calentamiento. .................................................... 82Tabla 23.Energa de activacin de la descomposicin del almidn del pseudotallo............................................................................................................................... 86Tabla 24.Grado de ramificacin y longitud promedio de sus residuos de laamilopectina del almidn obtenido. ....................................................................... 87


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VII

TABLA DE ANEXOS

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Figura A-1. Material vegetal guardado en el Herbario de la Universidad del

Quindo. ............................................................................................................... 105Tabla B-1.Material vegetal y peso aproximado del pseudotallo total y desechado............................................................................................................................. 106

Tabla B-2.Datos obtenidos del contenido de almidn en el pseudotallo. ........... 107

Figura B-1. Curva de calibracin para el mtodo Antrona-cido sulfricoModificado. .......................................................................................................... 107

Tabla B-3. Kruskal-Wallis Test for %starch by ubication. ................................... 108

Figura B-2.Medias del contenido de almidn en cada ubicacin....................... 108

Tabla B-4. Kruskal-Wallis Test for %starch by Pseudostem. .............................. 109

Figura B-3.Medias del contenido de almidn por planta. .................................. 109

Tabla C-1. Datos aislamiento del almidn va hmeda. ..................................... 110

Tabla D-1. Analysis of Variance for %ART total by microwave - Type III Sums ofSquares. .............................................................................................................. 111

Tabla D-2. Multiple Range Tests for %ART total vs %starch by microwave. ...... 111

Tabla D-3. Multiple Range Tests for %ART total vs time [min] by microwave..... 111

Tabla D-4. Multiple Range Tests for %ART total vs [M] acid by microwave. ...... 112

Tabla D-5. Analysis of Variance for %ART total by Incubation - Type III Sums of

Squares. .............................................................................................................. 112Tabla D-6. Multiple Range Tests for %ARTtotal vs %starch by Incubation. ........ 112

Tabla D-7. Multiple Range Tests for %ARTtotal vs time [h] by Incubation. ......... 113

Tabla D-8. Multiple Range Tests for %ART total vs [M]acid by Incubation. ........ 113

Tabla D-9. Analysis of Variance for %ART o %Glucose - Type III Sums ofSquares. .............................................................................................................. 113

Tabla D-10. Multiple Range Tests for %ART o %glucose by method. ................ 114

Tabla D-11.ANOVATable for %ARTtotal by experiments. ................................ 114

Tabla D-12. Multiple Range Tests for %ART total by experiments...................... 115

Figura D-1 Curva de calibracin para el mtodo de azcares reductores totales(ART) ................................................................................................................... 116

Figura D-2. Curva de calibracinpara el mtodo GOD-PAD para determinacin deglucosa. ............................................................................................................... 116

Figura E-1.Curva de calibracin de la amilosa aparente por el mtodo del valorazul. ..................................................................................................................... 117


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VIII

Figura E-2. Curvas de los anlisis termo-gravimtricos (TG) para diferentesconcentraciones de amilosa para el clculo de la amilosa aparente por el mtodotermo-gravimtrico y cuerva de la muestra de almidn aislado desde elpseudotallo. ......................................................................................................... 117

Figura E-3. Curva de calibracin de la amilosa aparente por anlisis termo-

gravimtrico. ........................................................................................................ 118Figura E-4. Mtodo de Friedman para el clculo de la energa de activacin de ladescomposicin del almidn aislado del pseudotallo. Cada punto, en cada representa los parmetros de las velocidades de calentamiento () iguales a 2, 5,15, 20, 25 y 30 C/min, de abajo a arriba. ........................................................... 118

Figura E-5. Mtodo de Kissinger para el clculo de la energa de activacin de ladescomposicin del almidn aislado del pseudotallo. Cada punto representa losparmetros de las velocidades de calentamiento () iguales a 2, 5, 15, 20, 25 y 30C/min de abajo a arriba. ..................................................................................... 119

Figura E-6. Mtodo de Flyn-Wall-Ozawa para el clculo de la energa de

descomposicin. Todo punto, en cada representa los parmetros de lasvelocidades de calentamiento () iguales a 2, 5, 15, 20, 25 y 30 C/min, de abajo aarriba. .................................................................................................................. 119

Figura E-7. Mtodo de Coats-Redfen (modificado) para el clculo de la energa dedescomposicin. Todo punto, en cada representa los parmetros de lasvelocidades de calentamiento () iguales a 2, 5, 15, 20, 25 y 30 C/min, seobservan de abajo hacia arriba. .......................................................................... 120

Tabla E-1. Regresiones lineales para los mtodos de clculo de la energa deactivacin. ........................................................................................................... 120


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1

INTRODUCCIN

El almidn es uno de los polisacridos ms abundantes y por sus caractersticas

nutricionales para los seres humanos y su potencial en la industria de polmeros

est entre los principales desde un punto de vista comercial. Fabricado

naturalmente, por el reino vegetal, ya que les sirve como una reserva de glucosa

la cual se convertir en energa posteriormente y se encuentra en corpsculos

discretos llamados grnulos, los cuales son diferenciados dependiendo de cada

especie botnica (Dergal, B.; 1990). Constituido por una mezcla de dos

polisacridos la amilosa y la amilopectina, con proporcin variable segn el tipo de

planta, en donde, la amilopectina se puede encontrar en mayores proporcionescon valores que oscilan el 70 %. Los almidones comerciales son almidones

nativos y almidones modificados, la diferencia es que en el almidn modificado, los

dos polisacridos han sufrido modificaciones qumicas en sus cadenas. Adems,

la calidad del almidn est relacionada con el producto final y cuanto ms

cuidadoso y limpio sea el proceso de la produccin del polmero natural, mayor su

valor y mayores usos. Como lo sera, su transformacin en glucosa, derivados

modificados, produccin alcohol, etc. Y no solo se puede hablar de productos

alimenticios ya que est puede llegar a ser usado tambin en la industria textil,

industria del papel, industria de polmeros y hasta la industria de explosivos

(Alarcn, F.; et al.; 1998).

Las principales fuentes comerciales de almidn son el maz, yuca, papa, arroz,

trigo y sorgo (Dergal, B.; 1990), tratar de extraerlo o modificarlo desde su origen,

genera aumento en los costos de estos productos cultivados. Sumado a esto en

las ltimas dcadas, algunos cultivos de yuca y maz han sido aprovechados para

la generacin de biocombustibles, alejndose un poco de la industria alimentaria,

esto ha trado beneficios y consecuencias; porque las partes involucradas en la

produccin son la raz y el fruto, respectivamente, partes que compiten a la vez

por el consumo en la dieta humana. Otro ejemplo, se ve en la caa de azcar, la


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2

cual ha dejado de cultivarse para la obtencin de sacarosa llevada al consumo

humano, porque, parte de sus productos son dispuestos para la produccin de

alcohol carburante. Mostrando entonces incrementos econmicos de los productos

azucarados (Afanador, A.; 2005).

Ahora bien para la produccin de los hidrolizados de almidn, usados en la

industria alimenticia o produccin de alcohol, se requiere un gasto energtico y de

tiempo, ya sea por va hidrlisis cida o enzimtica. Una fuente que se ha venido

aplicando en los ltimos aos en la generacin de productos alimenticios es la

energa de radiacin de las microondas, un campo electromagntico que trabaja a

2.5 GHz, comnmente para sistemas de laboratorio u hornos caseros. Esta

radiacin es eficazmente convertida a energa trmica a travs de polarizacindipolar y conduccin inica, lo cual hace que llegue ms rpidamente a la barrera

de energa de activacin de una reaccin y en algunos casos, sta, puede ser

disminuida trayendo consigo el ahorro de tiempo y consumo energtico de hasta

un 50% menos comparado con un mtodo normal de calentamiento por

conveccin (Carballido, R.; 2007) (Miranda, J.; et al.; 2002).

En Colombia, el pltano es uno de los principales frutos cultivados, alcanzando un

43 % del producido y un rea sembrada del 66 % respecto al global de los

frutales. Cultivado en un nmero cercano a los 28 departamentos, destacndose,

al departamento del Quindo con cerca de 17.545 has (algunas, intercaladas con

caf), entre los dos primeros puestos de produccin nacional en los ltimos aos,

con cerca de las 300.000 toneladas/ao de pltano; encontrndose como

variedad predominante el clon Dominico Hartn(Musa AAB Simmonds) (Ministerio

de Agricultura y Desarrollo Rural, 2002).

Luego de la cosecha del pltano se puede generar un 70 % de desechos como

hojas, raquis, pseudotallo, etc (Aristizbal, M.;et al.;1994); que pueden llegar a

causar un desequilibrio ambiental. Un incremento en la produccin, aumenta,

directamente la cantidad de desechos orgnicos que se generarn. Y en el


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3

departamento del Quindo se observ un incremento del 5,37 % desde 1998 hasta

2002, con respecto de la primera produccin en el ao 1998, hoy da, se esperan

incrementos mayores e iguales a stos (Ministerio de Agricultura y Desarrollo

Rural, 2002).

El pseudotallo constituye ms de un 54 % de los residuos en base seca ( Cayn,

D.; 2004). En donde el abono y la alimentacin animal son las disposiciones que

los cultivadores le dan a este residuo, en el departamento del Quindo. Otros usos

que se le puede dar al pseudotallo desechado son en la industria textil, industria

del papel y hasta en alimentacin humana con el procesado de harinas (Vidal, F.I.;

et al.;2001) (Mazzeo, M.; et al.; 2010). Y se habla de que podra aprovecharse sus

jugos como una fuente de almidn, indicado en investigaciones del lquido filtradorealizadas en el grupo QIDEA1 de la Universidad del Quindo, ya que este jugo

contiene entre el 4 % y 5 % de almidn (Vargas, L.; 2010).

Por qu no estudiar la obtencin del almidn desde el pseudotallo de pltano

Dominico Hartnsin poner en peligro la seguridad alimentaria con aumentos en el

precio del fruto y transformarlo para obtener un producto de valor agregado, con

herramientas industriales y tecnolgicas novedosas?

Por tanto el trabajo se enfoc en la variedad Dominico Hartny en su residuo de

pseudotallo, en donde, se observ y cuantific la disponibilidad y la extraccin del

almidn contenido, al no encontrarse reportes. Al igual, se estudi la

transformacin del almidn del pseudotallo en azcares simples en medio cido

por calentamiento asistido por microondas. Con estos resultados se puede obtener

valiosa informacin para mejores hidrlisis cidas que puedan aportar a la difcil

hidrlisis total de este almidn, adems del posterior uso industrial del almidn

nativo y de sus hidrolizados glucosados, los cuales pueden ser un paso previo en

la generacin de etanol.

1QIDEA: Grupo Qumico de Investigacin y Desarrollo Ambiental


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4

1. MARCO TERICO Y REFERENCIAL

1.1 PLTANO CLON DOMINICO HARTN.

1.1.1 Clasificacin taxonmica

Clase: AngiospermaSubclase: MonocotiledneaOrden: EscitamineasFamilia: MusceasGnero: MusaEspecie: Musa sp (AAB)

Coleccin nmero 34329 del Herbario de la Universidad del Quindo (anexo A).

1.1.2 Descripcin botnica.

Las Musa sp son hierbas grandes paquicaules, rizomatosas, glabras, los brotes

(pseudotallos) principalmente formados por las bases envainadoras de las hojas;

plantas monoicas. Hojas arregladas en espiral, simples, enteras, ampliamente

elpticas, nervadura paralelipinnada. Inflorescencias espiciformes que crecen

desde el cormo a travs del pseudotallo y parecen terminales, flores en cimas a lo

largo del eje principal, abrazadas por brcteas grandes, las flores masculinas

distales en el eje; tpalos 6, connados en un tubo excepto por el tpalo adaxial

interno; anteras 56; pistilo 3-locular. Fruto una baya carnosa, alargada; semillas

pocas a numerosas (figura 1) (Jussieu, A. L.; 1789).

Rodrguez, C.; Cayn, G. et al. (2006) comentan que el pseudotallo de est

formado por la unin apretada y enrollada de las vainas de las hojas, soportando

en su interior el tallo areo que conduce la inflorescencia hacia el pice. Las

vainas son circulares e inicialmente cubren por completo el tallo areo, pero, ms

tarde, los mrgenes libres de las vainas son forzados a separarse por el

crecimiento de nuevas hojas dentro del pseudotallo (Stover y Simmonds, 1987).

La funcin del tallo areo es proveer conexin vascular entre las hojas, las races


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5

y los frutos, soporte al sistema foliar, el tallo areo y la inflorescencia (Stover y

Simmonds, 1987; Belalczar et al., 1991) y, adems, sirve de reservorio de agua,

carbohidratos y nutrimentos a la planta (Simmonds, 1962).

Figura 1.Partes importantes a tener en cuenta de la planta de pltano (Silva, C.; 2010).

1.1.3 Destronque de la planta de pltano.

La prctica de destronque o eliminacin del pseudotallo de la planta madre recin

cosechada est dirigida, principalmente, al manejo de plagas y enfermedades. El

corte gradual permite que los restos del pseudotallo sirvan como reserva de agua

y minerales para los hijos de sucesin en desarrollo, pero ms tarde, al

descomponerse, podran actuar como atrayentes de plagas y enfermedades de

importancia econmica. Si se hace una eliminacin inmediata del pseudotallo,

aunque evita la incidencia de plagas y patgenos, se descarta la recirculacin de

agua y nutrimentos de la planta cosechada a los hijos del siguiente ciclo deproduccin (Rodrguez, C.; et al.; 2006) (Belalczar et al., 1998).


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6

1.2 APROVECHAMIENTO DE RESIDUOS DEL PLTANO DOMINICO HARTN

(MUSA AAB SIMMONDS) EN EL EJE CAFETERO.

Un diagnstico de los residuos de la cosecha y postcosecha del pltano Dominico

Hartn, en el departamento de Caldas, Colombia, del cual puede extrapolarse su

informacin a todo el eje cafetero. Determin el destino de los pseudotallos,

raquis, residuos foliares, cscaras del fruto (luego del consumo o uso de la pulpa)

y de las segundas y terceras generaciones del fruto (estos generados por daos

mecnicos o patolgicos del mal manejo del fruto verde). Los resultados muestran

que los pseudotallos (79 %, figura 2-A), residuos foliares (87 %, figura 2-D) se

dejan en la plantacin, el raquis (65 %, figura 2-C) permanece en el lugar de

expendio del pltano. Este gran volumen de residuos en la plantacin sintratamiento alguno genera problemas para la plantas por ser hospedero de plagas

e insectos (Mazzeo, M.; et al.; 2010). Adems se puede encontrar una base

referente para la composicin de estos residuos (tabla 1), resaltando que el

pseudotallo posee una gran cantidad de agua y su fin industrial se ve disminuido

por esta caracterstica (Botero, L., et al.; 2009), aun as se ha estudiado la

extraccin de fibras, produccin de papel y aprovechamiento del lquido contenido

en este tallo, todo para darle un prospecto industrial al residuo .

Tabla 1.Caractersticas fisicoqumicas de los subproductos del pltano.

Hojas Raquis Pseudotallo Cscara (verde)

% Humedad 81.4 68.5 92 58.1

% Materia seca 18.6 31.5 8 41.9

% Grasa 1.12 0.1 0 0.1

% Nitrgeno 1.18 1.29 0.33 1.41

% Protena 7.38 8.06 2.06 8.81

% Cenizas 0.92 3.42 0.49 2.23

% Fibra 6.2 23.7 6.7 7.7

Referencia: Botero, L., et al. (2009).


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7

Figura 2. (A) Destino del pseudotallo. (B) Destino de las segundas y tercerasgeneraciones del fruto. (C)Destino del raquis. (D)Destino residuos foliares.(E)Destino cscara del fruto (Mazzeo, M.; et al.; 2010).

79%

6%

7%2%

1% 5%Deja en la plantacin

Desecha en lugar

alejado

Alimento para

animales

Industrializa

Vende o regala

Abono

A

14%4%

52%

8%

22%

Consumo

productores

Alimento para

animeles

Sitio de expendio

Industrializa

Vende o regala

B

65%

6%

10%

6%

4%1%

8%

Deja en el expendio

Deja en la plantacin

Desecha en lugar alejado

Alimentacin animal

Industrializa

Vende o regala

AbonoC

88%

5%

6%0% 1%

0%Deja en la

plantacin

Desecha en lugar

alejado

Alimento para

animales

Industrializa

Vende o regala

Abono

D

78%

1%7%

7%

2% 5%

Sitio de Consumo

Deja en plantacin

Desecha lugar alejado

Alimentacin animal

Industrializa

Vende o regala

E


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8

1.2.1 Obtencin de papel a partir del pseudotallo.

Se ha encontrado que ensayaron dos mtodos de elaboracin de papel en forma

exploratoria: uno artesanal (Figura 3, muestra 1) y otro qumico, este ltimo con

dos variantes de reactivos en el blanqueo, agua oxigenada concentrada (Figura 3,

muestra 2) e hipoclorito concentrado (Figura 3, muestra 3), todo, para comparar la

calidad de la fibra extrada. Los mtodos consistieron en procesos de pesado,

troceado, extraccin de la fibra (mtodo qumico con soda caustica), filtrado,

blanqueado (el artesanal con hipoclorito diluido, y el qumico con sus respectivos

reactivos), filtrado, compactacin de la fibra (realizado solo para el mtodo

qumico), moldeado y secado (Mazzeo, M., et al.; 2010).

El rendimiento obtenido de fibra fue ms alto para las extracciones por los

mtodos qumicos: 80 % y 81 % para las muestras 2 y 3, respectivamente. La

muestra 3 fue la de calidad, presenta una mayor despigmentacin de las fibras

blanqueada con hipoclorito de sodio (Mazzeo, M., et al.; 2010). Este es un proceso

que tiene que ser paralelo a la utilizacin del jugo de pseudotallo y su extraccin

del almidn.

Figura 3.Papel obtenido de las fibras del Pseudotallo de pltano (Mazzeo, M., etal.; 2010).


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9

1.2.2 Jugo del pseudotallo del pltano Dominico Hartn.

En investigaciones del grupo Qumico de Investigacin y Desarrollo Ambientalde

la Universidad del Quindo, obtuvieron licor tnico de pseudotallo de pltano clon

Dominico Hartn. El proceso consisti en la trituracin de este falso tallo, sin laadicin de agua, en un molino de cuchillas, para luego decantar y filtrar el lquido,

que finalmente se refriger a 4 C para los anlisis que le realizaron.

Los resultados muestran la presencia de almidn en el jugo del pseudotallo, el

cual puede llegar a estar cerca del 4 % a 5 % (p/v), luego el lquido se sediment a

temperatura ambiente y se decant, obteniendo en promedio de 3,54 % de

almidn en el jugo luego de hacer la primera decantacin. Por ltimo se dej

sedimentar el licor por segunda vez obtenindose 1,12 % de almidn disuelto

(tabla 2).

Tabla 2.% de almidn despus de decantado del jugo del pseudotallo.

Referencia: Vargas, L.(2010).

1.2.3 Obtencin de almidn a partir de segundas y terceras generaciones del

pltano verde clon Dom inico Hartn.

Los frutos verdes son ricos en almidn y su pulpa puede estar constituida por un

70 % en base seca de almidn, incluso la cscara del fruto puede contener cerca

de un 50 % de almidn en base seca (tabla 3) (Arcila, M.; et al.; 1997), muchos de

estos frutos (10 %) sufren daos mecnicos en los sitios de comercializacin y

patolgicos producidos por la mala manipulacin desde la recoleccin hasta la


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10

distribucin, a stos se les conoce como segundas y terceras generaciones del

pltano verde (Duque, A.; et al.; 2000).

Tabla 3. Composicin en porcentaje base seca del fruto de pltano verde

Dominico Hartn.Componente Cscara verde Pulpa verde

Fibra 8.6 0.4

Azcares totales 6 5

Almidn 52 68

Referencia:Arcila, M.; et al. (1997).

El aislamiento de almidn desde la pulpa del fruto de estas generaciones, ha sido

llevado a cabo a escala de planta piloto siguiendo dos mtodos de extraccin, uno

en seco y otro en hmedo; los cuales fueron revisados para la obtencin del

polisacrido desde el pseudotallo del pltano (Mazzeo, M.; et al.; 2008).

El mtodo de aislamiento va en seco utilizado consta de las etapas de seleccin y

pesado de pltanos sanos, lavado con agua e hipoclorito, pelado en donde se

separ la pulpa de la cscara, tratamiento qumico con cido ctrico como

antioxidante, rebanado de un tamao especfico, secado con aire caliente, molido

y tamizado con un molino de cuchillas y tamices de malla No. 20 y 40. Sus

resultados dan un promedio del rendimiento del aislamiento de 49.62 % respecto

al almidn inicial (tabla 4) (Mazzeo, M.; et al.; 2008).

Tabla 4.Aislamiento del almidn desde el fruto de pltano va mtodo seco.

MuestraPeso inicial

pulpa (g)

Almidn

en pulpa (g)

Almidn extrado

(g)

Rendimiento de almidn

respecto al total (%)

1 12200 2800 1500 53.57

2 11400 2400 1150 47.92

3 11800 2700 1300 48.15

4 11900 2600 1250 48.08

5 12100 2600 1300 50.00

promedio 49.62

Referencia: Mazzeo, M., et al. (2008)


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11

Para el mtodo hmedo de aislamiento, se tritur la pulpa del fruto y se retir en

medio lquido los componentes que son relativamente ms grandes, como fibra y

protena, usando tamices de distintos calibres, eliminacin de agua por

decantacin, limpieza del sedimento de almidn y finalmente secado. Se usaron

etapas de separacin y pesado del fruto sano, de lavado con agua e hipoclorito,

de pelado en donde se separ la pulpa de la cscara, de rebanado de la pulpa en

tamaos especficos, de tratamiento qumico con cido ctrico como antioxidante,

maceracin y trituracin con molino de cuchillas, tamizado de la lechada

pasndose por mallas No. 20, 40 y 60, decantacin para la precipitacin del

almidn, de purificacin repitiendo el paso del tamizado y decantacin y por ltimo

un paso de secado del almidn sedimentado y afinacin del mismo pasndolo por

los tamices. Para este proceso el promedio de rendimiento de aislamiento fue de56.762 % (tabla 5) (Mazzeo, M.; et al.; 2008).

La comparacin de los dos mtodos de aislamiento dio diferencia

estadsticamente significativa confirmada por un anlisis de varianza de un solo

factor, colocando al mtodo hmedo como el ms eficiente, aunque se recomend

disminuir el consumo de agua, ya que esto puede causar un gran impacto

ambiental y problemas con los costos econmicos (Mazzeo, M.; et al.; 2008).

Tabla 5.Aislamiento del almidn desde el fruto de pltano va mtodo hmedo.

MuestraPeso inicial

pulpa (g)

Almidn

en pulpa (g)

Almidn extrado

(g)

% rendimiento de almidn

respecto al total

1 13600 2992 1720 57.49

2 12400 2728 1600 58.65

3 13000 2860 1640 57.34

4 13300 2926 1660 56.73

5 13400 2948 1580 53.6

Promedio 56.762Referencia: Mazzeo, M., et al. (2008)


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12

1.4 CALENTAMIENTO POR MICROONDAS

El calentamiento por microondas o calentamiento dielctrico, es una alternativa al

calentamiento por conduccin/conveccin convencional, que permite aprovechar

las propiedades de algunos compuestos (lquidos o slidos) de transformar laenerga electromagntica en calor. Este modo de conversin de energa in situ

es muy atractivo para aplicaciones en qumica y en procesado de materiales.

La radiacin microonda, como cualquier radiacin electromagntica, est

constituida por un campo elctrico y un campo magntico, aunque slo el campo

elctrico transfiere la energa que conduce al calentamiento de las sustancias.

Para evitar interferencias con las telecomunicaciones en las aplicaciones de

calentamiento se usan las bandas de frecuencias industriales cientficas y

mdicas, las cuales son 27,12 MHz, 915 MHz y 2,45 GHz, con longitudes de onda

11,05 m, 37,24 cm y 12,24 cm, respectivamente. Los hornos microondas y los

sistemas de laboratorio generalmente trabajan a 2,45 GHz, ya que con frecuencias

menores de 915 MHz se tienen menores energa de calentamiento (Carballido, M.

R.; 2007).

La radiacin ultravioleta-visible que excita los electrones de la capa de valencia se

puede usar para iniciar reacciones qumicas (fotoqumica). A su vez la radiacin

infrarroja excita las vibraciones de los enlaces, mientras que las microondas

excitan las rotaciones moleculares.

El fotn de microondas (0.00096 KJ/mol) no es lo suficientemente energtico

como para romper enlaces de hidrgeno (3.8-42 KJ/mol). Esta energa es adems,mucho ms pequea que la del movimiento Browniano (1.64 KJ/mol), y

obviamente no puede inducir reacciones qumicas. Entonces, si no rompe enlaces

la pregunta es cmo puede influir la absorcin directa de la energa microonda?

Los factores a considerar son los efectos de la orientacin en presencia de un

campo elctrico, la prdida dielctrica, la transferencia entre los estados


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13

rotacionales y vibratorios en fase condensada, y los efectos termodinmicos del

campo elctrico en el equilibrio qumico (Carballido, M. R.; 2007).

1.4.1 Proceso del calentamiento inducido por microondas

Los dos mecanismos que describen la interaccin que se produce entre los

materiales y las microondas son:

La interaccin dipolar. Se produce en presencia de molculas polares. La

rotacin dipolar es una interaccin que induce a las molculas polares a alinearse

con el campo elctrico rpidamente cambiante de las microondas . El movimiento

rotacional de las molculas al intentar orientarse con el campo produce fricciones

y colisiones responsables del calentamiento. La habilidad para acoplarse por este

mecanismo est relacionada con la polaridad de las molculas y su habilidad para

alinearse con el campo elctrico (figura 4) (Carballido, M. R.; 2007).

Figura 4. Interaccin dipolar en molculas producida por radiacin de microondas(Carballido, M. R.; 2007).

La conduccin inica. La segunda forma de transferencia de energa es la

conduccin inica, que tiene lugar si hay iones libres o especies inicas presentes

en la sustancia. Segn este mecanismo el calor se genera a travs de prdidas

por friccin, que resultan de la migracin de iones disueltos cuando sobre ellos

acta un campo electromagntico. Las prdidas dependen del tamao, carga,


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14

conductividad de los iones disueltos e interaccin de estos ltimos con el

disolvente. La temperatura de la sustancia tambin afecta a la conduccin inica,

cuanto mayor sea la temperatura ms eficiente ser la transferencia de energa

(figura 5) (Carballido, M. R.; 2007).

Figura 5.Conduccin Inica generada por la radiacin microondas (Carballido, M.R.; 2007).

Estos mecanismos necesitan que el acoplamiento entre las componentes del

material irradiado y el campo elctrico de las microondas sea efectivo. Ambos

estn influenciados por varios factores:

Longitud de onda de la radiacin.

Propiedades fsicas de la sustancia: Constante dielctrica, polaridad,

temperatura, viscosidad, y capacidad trmica.

Caractersticas del ion: Tamao, concentracin, carga y movilidad.

El calentamiento por microondas es un proceso muy diferente al calentamiento

convencional por conduccin/conveccin. Las microondas se acoplan

directamente con las molculas polares (principalmente agua) que estn

presentes en la mezcla de reaccin, el resultado es un instantneo y localizadocalentamiento de cualquier sustancia que reaccione ante la polarizacin dipolar

y/o la conduccin inicapermitiendo una rpida elevacin de la temperatura. Lo

que hace que el mecanismo no dependa de la conductividad trmica de los

materiales de los recipientes, mientras que el calentamiento

conduccin/conveccin si depende (Carballido, M. R.; 2007).


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15

En el calentamiento convencional el calor se transmite a la sustancia pasando

primero a travs de las paredes del recipiente para posteriormente alcanzar al

disolvente y a los reactivos (figura 6). Este es un mtodo lento de transferir

energa al sistema ya que depende de la conductividad de los materiales que

deben ser atravesados. El resultado es que la temperatura del recipiente siempre

es mayor que el de la mezcla de reaccin mientras no transcurra el tiempo

suficiente para que el contenedor y el contenido alcancen un equilibrio trmico

(Carballido, M. R.; 2007).

Figura 6. Transferencia de calor en el calentamiento convencional y microondas(Carballido, M. R.; 2007).

1.4.2 Horno microondas domstico en reacciones qumicas.

Un horno microondas est compuesto principalmente por un generador de altapotencia y una cavidad de paredes metlicas. Los hornos de microondas tienen un

rendimiento alrededor del 50% comparado con un clsico calentamiento

convencional. En un horno microondas casero, hecho principalmente para calentar

el alimento, se est actuando directamente en el interior de estos y el

calentamiento se produce por las prdidas dielctricas (baja la resistividad del

dielctrico), en sntesis, es hacer que el alimento se vuelva conductor ( Miranda, J.;

et al.; 2002).

La mayora de las reacciones desarrolladas con microondas han sido realizadas

con hornos domsticos multimodo, en estas cavidades se busca producir el mayor

caos posible en el interior de la cavidad, mientras la principal caracterstica de las

otras cavidades, llamadas monomodo, es la creacin de un patrn de onda


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16

esttica. Como consecuencia en las cavidades multimodo las muestras se pueden

colocar en cualquier parte de la cavidad para que los reactivos absorban las

microondas, el campo es homogneo en todas las direcciones. El calentamiento

de las muestras no vendr influenciado por el tamao o la forma de los objetos, lo

que adems implica que en la cavidad se pueden colocar ms de un objeto y la

eficacia del proceso ser la misma que si dentro de la cavidad solo hubiera uno. Y

finalmente permite un fcil escalado de los procesos, para producir a niveles de

plantas piloto (Carballido, M. R.; 2007).

En estos hornos, a pesar de que el nivel de potencia normalmente flucta debido a

los ciclos de apagado y encendido y a que la energa es heterognea, hay otros

problemas relacionados con la seguridad. El calentamiento de disolventesorgnicos en recipientes abiertos puede conducir a violentas explosiones

inducidas por los arcos elctricos dentro de la cavidad o a chispas debido al

encendido y apagado del magnetrn. Los reflujos empleados en la qumica

tradicional se podran emplear si el refrigerante se sita fuera de la cavidad. En

este caso, es necesario emplear un dispositivo que una el recipiente de reaccin y

el refrigerante con unas medidas de seguridad que eviten las fugas de

microondas. Mingos, M.; et al. (1991) describen esta clase de hornos domsticos

modificados para operar en condiciones de presin atmosfrica.

En la actualidad el empleo de hornos microondas domsticos en investigacin

est decayendo frente a la aparicin en el mercado de equipos diseados

especialmente para sntesis orgnica con sistemas de seguridad, controladores de

presin y temperatura, para la monitorizacin del proceso y que permiten realizar

reacciones con disolventes acoplando refrigerantes u otros equipos desde el

exterior (Carballido, M. R.; 2007).


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17

1.4.3 Tiempo y potencia en radiacin por microondas.

Para decidir el tiempo de irradiacin habr que tener en cuenta el tipo de reaccin,

entonces, para el caso de reacciones bajo presin un buen punto de partida es un

intervalo de tiempo que vaya de los 5 a los 10 min tanto si se realiza la reaccin enpresencia o ausencia de un disolvente. Este mismo intervalo de tiempo es

aplicable para el caso de reacciones hechas sobre soporte slido. Si la reaccin

se desarrolla a presin atmosfrica existen referencias orientativas que relacionan

tiempos de calentamiento convencional con tiempos en microondas, por ejemplo

4h de calentamiento convencional son equiparables a 10 min de calentamiento

con microondas (Carballido, M. R.; 2007).

La potencia de irradiacin es una de las variables ms importantes cuando se

trabaja con microondas. Obviamente, el trabajar a potencias de irradiacin bajas

puede no conducir a rendimientos satisfactorios. Sin embargo, trabajar a la

mxima potencia tampoco es siempre necesario, hay que tener en cuenta que los

reactivos y catalizadores que se emplean en las reacciones orgnicas pueden ser

causantes de un elevado aumento de la eficacia de acoplamiento con las

microondas. Esto provocara que las sustancias sensibles a la temperatura se

descompusiesen.

La seleccin de un valor de potencia de irradiacin ms baja y una ampliacin en

el tiempo de exposicin a las microondas puede ser una opcin ms favorable.

Algunas reacciones requieren el empleo de programas de irradiacin, en los que

se desarrollan periodos de irradiacin a distintas potencias buscando mejorar los

rendimientos frente a un nico calentamiento prolongado a una nica potencia

(Carballido, M. R.; 2007).


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18

1.4.4 Influencia de las microondas sobre una reaccin

En una tpica reaccin en la que se combinan dos reactivos A y B (figura 7) con un

nivel de energa ER. stos deben colisionar en la correcta orientacin geomtrica

para ser activados hasta un nivel de energa que se denomina estado detransicin (ET). La diferencia ente la ERy la ETes la energa de activacin Ea, es

decir, la energa que el sistema debe absorber de su entorno para reaccionar. Una

vez se ha absorbido suficiente energa, los reactivos pasan rpidamente a

productos y en el caso de una reaccin exotrmica a un estado de menor energa

(EP), siendo el producto de la reaccin A-B. No hay evidencias concluyentes de

que la radiacin microonda afecte a la energa de activacin, pero si est aceptado

que la energa necesaria para vencer esa barrera y completar la reaccin, es

suministrada ms rpidamente que con el mtodo de calentamiento convencional.

Figura 7.Perfil energtico de una reaccin (Carballido, M. R.; 2007).

Hay dos tipos de reacciones, las que ocurren bajo control cintico y las que

ocurren bajo control termodinmico. Muchas reacciones qumicas se realizan en

condiciones suaves y por tanto bajo control cintico. En este caso un intermedio

tomara el camino ms fcil, el de menor energa de activacin, hacia productos.Las otras son las reacciones que ocurren a travs de control termodinmico, las

cuales tienen energas de activacin mucho ms elevadas y requieren condiciones

ms drsticas para completarse. En las reacciones conducidas en presencia de

energa microonda, a las molculas se les suministra gran cantidad de energa

instantneamente, lo que les permite alcanzar los niveles de energa de activacin


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19

ms elevados y dirigirse a los productos termodinmicos. Por tanto, el

calentamiento por microondas es extremadamente til en reacciones lentas donde

se necesitan alcanzar elevadas energas de activacin para hacer diversas

transformaciones. Por tanto, la energa de microondas da la posibilidad de usar

reacciones bajo control termodinmico (Carballido, M. R.; 2007).

1.5 HIDRLISIS CIDA DE ALMIDN ASISTIDA POR MICROONDAS.

1.5.1 Almidn.

El almidn es un polisacrido que est organizado en partculas discretas o

grnulos, encontradas dentro de los cloroplastos de las plantas superiores yevolucionadas, son cubiertas con una vaina proteica que incluye las enzimas

necesarias para su formacin y degradacin, ste, es similar a las partculas de

glucgeno animal pero mucho ms complejo, son ms grandes, y con formas y

estriaciones caractersticas de la planta en donde se encuentren. La gran

diferencia con respecto al glucgeno es que contiene dos tipos de polmeros de

glucosa. Del 10 al 30 por ciento del almidn est compuesto por largas cadenas

de amilosa (figura 8) de varias cientos unidades de glucopiranosas con enlaces

1-4, que a su vez le dan una configuracin helicoidal. El otro polmero de glucosa

es la amilopectina (figura 8), la cual posee configuraciones ramificadas similares a

las del glucgeno, en las que se encuentran entre un 4 % y 5 % de enlaces 1-6

entre los monmeros de glucosa, extensiones que finalizan con grupos no

reductores y tiene en promedio alrededor de 20 residuos de glucopiranosa de

longitud entre dos puntos de ramificacin (McGilvery, W.; 1977) (BeMiller, J. y

Hubert, K.; 2007).


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20

Figura 8.A) Fragmento de amilosa. B) Fragmento de amilopectina.

(McMurry, J.; 2008)

1.5.2 Hidrlisis cida del almidn.

Figura 9. Reaccin de la hidrlisis de un fragmento de amilosa catalizada porcido (Garca, G.; et al.; 2004).

La hidrlisis del almidn se da por el rompimiento del agua y el acoplamiento de

esta en l, actuando sobre los enlaces O-glucosdicos generando por cada

molcula de agua segmentos de sacridos. La hidrlisis puede darse por va

qumica (cidos o bases) y por enzimas (amilasas). En el ejemplo de la figura 9,

se muestra la ruptura de un fragmento de amilosa y una de las posibles vas que

podra tomar la hidrlisis llevada en medio cido, esta vez con la generacin de

glucosa y un polmero con una unidad menos (Garca, G.; et al.; 2004).

La hidrlisis cida del almidn a glucosa es una tcnica que tiene algunas

desventajas como: formacin de productos no deseables y flexibilidad muy pobre(el producto final slo se puede modificar cambiando el grado de hidrlisis), por

ltimo es necesaria que el equipo resista el cido y las temperaturas requeridas

durante el este proceso. Mientras que la enzimtica aunque ms selectiva,

requiere de condiciones controladas para su funcionamiento que no son tan


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21

drsticas, y puede tardarse puede tardarse poco de ms tiempo (Mera, I.; et al.;

2005).

Los monosacridos por poseer grupos funcionales como aldehdos, cetonas y

alcoholes pueden sufrir distintas reacciones dependiendo el medio y sus

condiciones. Por ejemplo, en esta investigacin se tendr un medio cido y

temperaturas moderadamente altas. Por tanto pude ocurrir que los monosacridos

se deshidraten por presencia de cidos y acelerada por la temperatura, en donde,

los cidos inorgnicos producen molculas cclicas de estos azcares: con las

hexosas hidroximetilfurfural y en las pentosas 2-furfuraldehdo (figura 10) (Dergal,

B.; 1990).

H OH

OH H

H OH

H OH

CH2OH

H O

OH

OH H

H OH

H OH

CH2OH

H OH

D-Glucosa 1,2-enol

OH

H

H OH

H OH

CH2OH

H O

-H2O reacomodo O

H OH

H OH

CH2OH

H O

HH

3-Desoxiosulosa

O

H

H OH

CH2OH

H O

H

-H2O

-H2O

ciclacin

OO

HOH

HH

H H

hidroximetilfurfural

Figura 10. Formacin del hidroximetilfurfural desde glucosa por la accin decidos (Dergal, B.; 1990).

Productos que se pueden formar en la hidrlisis cida son dextrinas formadas por

el tratamiento con HCl o H2SO4diluidos que modifican superficialmente haciendo

grnulos de estructuras debilitadas. La modificacin cida del almidn deja

dextrinas de baja viscosidad y solubilidad aumentada. Aunque es un proceso que

se busca dependiendo del tiempo, la concentracin del cido, temperatura y

dems condiciones (Jury, A.; et al.; 1994).


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22

Para la caracterizacin de los hidrolizados del almidn se emplea un parmetro

que define el grado de hidrlisis denominado Equivalente de Dextrosa (ED), y est

definido como unidades de masa de glucosa pura requerida para reducir la misma

cantidad de reactivo de Fehling que 100 unidades masa de hidrolizado seco. Una

forma de observar mucho ms fcil la cantidad hidrolizada de glucosa, es teniendo

en cuenta el peso de la glucosa obtenida respecto con el almidn adicionado, en

donde la hidrlisis total de 100 partes en peso de almidn resulta en unas 111

partes en peso de glucosa, dada la incorporacin del agua en la hidrlisis (Garca,

G.; et al.; 2004).

1.5.5 Hidrlisis enzimtica del almidn del fruto del pltano.

Un estudio reciente mostr que hay cantidad de almidn de pltano no hidrolizado

por un mtodo de licuefaccin/sacarificacin. La licuefaccin fue realizada

calentando previamente a 80 C y a un pH cercano a 7, 12,5 % muestra de pulpa

de pltano (que contena 70,86 % de almidn), dejndola reaccionar por 90

minutos con -amilasa al 0.04 % a 70 C, obteniendo un valor de dextrosa

equivalente (DE) cerca de 25 % para los lquidos filtrados y de los 8.75 gramos

calculados de almidn adicionados, en el residuo del filtrado se obtuvo 6.25gramos de almidn. Lo que indico que solo se hidroliz el 28 % del almidn

agregado. Luego al lquido del hidrolizado se le realiz una sacarificacin se le

realiz al hidrolizado obtenido, a una temperatura de 60 C, pH de 4.5, por 24

horas con la enzima amiloglucosidasa al 0.05 %, que obtuvo un jarabe de glucosa

de 68.38 como valor DE, por lo que se recomienda hidrlisis cido-enzimtica para

la pulpa y el almidn del fruto del pltano, y lo sustentan en que (Aguilar, A.;

2008).

Para almidn de pltano purificado y suspendido al 20 % con condiciones iguales

de licuefaccin/sacarificacin, variando solo el tiempo final de la licuefaccin a 3

horas se obtienen hidrolizados con 27 % de DE, a los cuales con la sacarificacin


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23

a iguales condiciones que las mencionadas en el prrafo anterior, se lleva hasta

concentraciones finales de 64 % como valor de DE (Flores, E.; 2003).

Valores menores cercanos a 38 % como DE han sido reportados para el almidn

de pltano. Solo que en la licuefaccin se utiliz concentraciones de 0.01 % de -

amilasa y 15 minutos de reaccin, lo que arrojaron valores bajos de 9 % de DE, lo

que hizo que la sacarificacin a iguales condiciones no fueran las ms adecuadas

(Bello, L. A.; et al.; 2002).

Cabe recordar que la dextrosa equivalente DE son los gramos de glucosa que

puede contener 100 gramos de slidos en el hidrolizado obtenido (Bello, L. A.; et

al.; 2002)

1.5.5 Radiacin microondas en la hidrlisis cida de almidones.

En estudios se hidrolizaron suspensiones de almidn de arroz, maz, trigo y yuca,

todas al 10 % en peso por volumen de cido clorhdrico 0.5 M, con volumen final

de 1 mL y colocadas en vasos de reaccin e irradiadas por 3.0, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5 y

6.0 minutos en un microondas casero de 2.45 GHz, con pulsos de 10s y potenciade 20-40 %. Cada hidrolizado fue analizado por cromatografa lquida de alta

resolucin (HPLC) comparndose con patrones de dextrano de pesos moleculares

de 40000 y 8800 y glucosa, para seguir el progreso de la hidrlisis (figura 11) (Yu,

H.; et al.; 1996).

Como modo de comparacin los mismos cuatro almidones se suspendieron al

10% en peso por volumen de cido clorhdrico 0.5 M, con volumen final de 4 mL y

puestos en tubos de ensayo sellados, purgados con nitrgeno y calentados a 100

C. Tomndose alcuotas de 10 L para 5, 10, 20 y 60 minutos; analizadas de

igual forma por HPLC (ver figura 10) (Yu, H.; et al.; 1996).


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Se encontr que despus de 60 minutos, en calentamiento tradicional, todo el

almidn soluble fue convertido a glucosa y la cantidad de almidn retrogradado en

la suspensin fue de 5.1 %, 6.6 %, 9.8 % y 2.5 % respectivamente para los

almidones antes mencionados. Mientras que despus de 5 minutos, por irradiacin

con microondas, no se encontr almidn retrogradado remanente en suspensin,

y dejan la hiptesis de que la -estructura del almidn retrogradado fue deformada

por esta irradiacin, hacindola soluble en la mezcla y entonces sujeta a hidrlisis.

Hiptesis que fue comprobada re-suspendiendo el almidn retrogradado de los

ensayos por calentamiento tradicional (25 mg/mL) en cido clorhdrico 0.5 M y

agua, irradiados por 5 minutos en cada caso. Mostrando que el almidn

retrogradado fue soluble en agua e hidrolizado completamente por el cido diluido,

demostrado por HPLC (Yu, H.; et al.; 1996).

Adems, se realiz una medicin de la densidad ptica (entre 395 nm y 500 nm)

de soluciones hidrolizadas en las mismas condiciones de suspensin de almidn

por calentamiento tradicional a 5 minutos, 30 minutos, 1 hora, 8 horas y 24 horas.

Hidrolizados por irradiacin microondas a 5 minutos, en las mismas condiciones

de suspensin de almidn. Los resultados dejan ver que a los 5 minutos para

radiacin microondas y calentamiento tradicional, la densidad ptica es cerca a

cero, mientras que para los dems tiempos de calentamiento tradicional va

aumentando proporcionalmente (figura 12). Aun as y despus de 7 das de

calentamiento tradicional se encontr almidn retrogradado (Yu, H.; et al.; 1996).


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25

Figura 11.Anlisis HPLC de los hidrolizados de la solucin de almidn despusde la irradiacin de microondas o termo-hidrlisis en suspensin cida. 1Es el perfil de HPLC de dextrano (peso molecular 40 000); 2 es dextrano(PM 8800); 3 es la glucosa; 4, 5, 6, y 7 representan suspensiones dealmidn que se incubaron a 100 C durante 5, 10, 20, o 60 min,respectivamente; 8, 9 y 10 representan las suspensiones de almidnsometidos a irradiacin de microondas a 30 % de la potencia total de 3, 4, o5 min, respectivamente (Yu, H.; et al.; 1996).

Figura 12. Medicin de la absorbancia (395-500 nm, absorcin delhidroximetilfurfural y sustancias colorantes) del hidrolizado de almidndespus de la irradiacin de microondas durante 5 minutos (curva 2) odespus de la incubacin a 100 C durante 5 min (curva 1), 30 min (curva3) , 1 h (curva 4), 8 h (curva 5), y 24 h (curva 6). La escala de la columnavertical de la curva 6 se representa a la derecha y todos los dems estn ala izquierda (Yu, H.; et al.; 1996).


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26

Igualmente, en una investigacin realizada por Palav, et al. (2007), se indag

sobre los cambios de las propiedades de suspensiones de almidn en agua,

calentadas por radiacin microondas, mostrando que los geles resultantes

formados calentando las mezclas de almidn mediante el uso de la energa de

microondas tenan propiedades significativamente diferentes de los calentados

mediante la conduccin de calor. Estos cambios en las propiedades son un reflejo

de las diferencias en la transferencia de calor y masa debido a los diferentes

modos de calefaccin. Y proponen que: los grnulos de almidn durante el

calentamiento por microondas pierden birrefringencia (perdida de la cristalinidad)

mucho antes que la temperatura de gelatinizacin, debido al movimiento de

vibracin de las molculas polares del agua. El movimiento vibratorio y el rpido

aumento de la temperatura resultan en la ruptura del grnulo. Por tanto se asumeque se incluye el movimiento vibracional, adems del calentamiento, comparado

con la conduccin del calor, capacidad que pudiese facilitar la reaccin de

hidrlisis.

Tambin, Yu, H.; et al. (2010) comentan que el calentamiento por microondas

implica la absorcin directa de energa por parte de grupos funcionales que tienen

conductividad inica o un efecto de rotacin del dipolo, y estas energas se

liberan en los alrededores de la solucin. Esta absorcin de energa hace que los

grupos funcionales implicados tengan una mayor reactividad con reactivos

alrededor, que cuando simplemente se calentaron con los reactivos a la misma

temperatura a condiciones convencionales. Ellos quisieron estudiar un poco ms

sobre los efectos no trmicos de la irradiacin con microondas sobre la hidrlisis

cida del almidn, concluyendo que: la irradiacin de microondas no slo puede

aumentar la tasa de transferencia de energa para acelerar el tiempo de reaccin,

sino tambin cambiar la estructura (o conformacin) del reactivo para facilitar la

reaccin, aadiendo que la -estructura del almidn retrogradado puede ser

disuelta e hidrolizada por radiacin microondas.


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Por ltimo en el proceso de hidrlisis asistida por microondas realizado por

Kunlan, L.; et al.(2001) en recipientes cerrados que soportan 1.2 Mpa (11.84 atm)

y suspendiendo en ellos almidn (200 mg) en 2 mL de HCl al 0.05 % y 1 mL de

sales de [Cl-] o [SO42-] a 0.15 mol/L, en un horno de microondas domstico de 2,45

GHz. Se encontr que el almidn puede ser hidrolizado a D-glucosa

completamente en un corto perodo de tiempo mediante la adicin de haluros

metlicos. El rendimiento mximo de D-glucosa alcanz 111 %2 en peso con el

uso de los haluros metlicos, LiCl, BaCl2 y FeCl3, con 120-180 segundos de

irradiacin de microondas, mientras que con sales de sulfatos los rendimientos

llegaron hasta cerca de 30%. La diferencia entre haluros metlicos y sales de

sulfato ilustra que las propiedades de las sales afectan la reaccin de hidrlisis en

un campo irradiado por de microondas.

1.6 ALGUNOS USOS DE LOS HIDROLIZADOS.

Del almidn se pueden obtener glucosa, dextrinas y almidones modificados

usados en la industria de alimentos y en muchas otras. La glucosa se fabrica por

la hidrlisis completa del almidn por la accin de cidos diluidos y posteriormente

el uso de enzimas amilolticas. El jarabe se decolora por centrifugacin, carbnactivado y concentrado. De acuerdo con la temperatura del proceso final se

obtiene una alfa-D-glucosa monohidratada a temperaturas menores de 50 C, alfa-

D-glucosa anhidra a temperaturas ms alta de los 115 C y ms baja que 115 C

se obtiene la beta-D-glucosa anhidra, que es muy soluble en agua y muy usada en

bebidas. La conversin del almidn a glucosa se mide en trminos de equivalentes

de dextrosa. Las dextrinas se obtienen de la hidrlisis parcial del almidn con

rangos que van desde los 95C hasta los 200 C, concentraciones menores de

cidos usados para el comienzo de la hidrlisis de la glucosa tiempos de

calentamiento entre 7 a 12 horas en condiciones de calentamiento normales.

Otros procesos que se le realizan al almidn que lo modifican son la

2Por incorporacin de las molculas de agua en los enlaces O-glucosidicos en el almidn que danms peso este, relacin 1mg almidn = 1.11 mg de glucosa en hidrlisis completa.


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gelatinizacin, fluidizacin, eterificacin, esterificacin, enlaces cruzados y

oxidacin (Dergal, B.; 1990).

El jarabe de glucosa se pueden fabricar jarabes concentrados en fructosa como

explican Hernndez, J.; et al. (2008) en una de sus citas agregando que la

fructosa tiene un poder edulcorante dos veces mayor que la sacarosa, y que es

reconocida como un edulcorante seguro y alternativo a otros azcares, siendo

recomendado su consumo por pacientes que sufren de Diabetes mellitus tipo I y II.

Las dextrinas derivado de una hidrlisis a condiciones moderadas, son utilizadas

como agentes espesantes y estabilizantes, ya que no cristalizan y son solubles en

agua. Adems podemos encontrar con hidrlisis aun menos agresivas almidonesfluidizados, los cuales forman pastas que en caliente tiene poca viscosidad y sus

geles son dbiles, usados principalmente en la industria del caramelo cuando se

requieren texturas gomosas (Dergal, B.; 1990).

Salcedo, J.; et al. (2010) explican la que creciente demanda de etanol para la

produccin de combustibles y el montaje de plantas productoras de alcohol

anhidro a partir de caa y maz, han producido un alza de los precios del maz,

principal materia prima para la produccin de fructosa. Y que en consecuencia, es

preciso buscar nuevas alternativas para la obtencin de edulcorantes, uno de ellos

basados en la fructosa, porque sta ofrece ventajas como edulcorante por sus

propiedades sensoriales y nutricionales, pero para llegar a esta es necesario

obtener jarabes de glucosa. O por el otro lado buscar una alternativa de la

obtencin de azcares para satisfacer la demanda del etanol, como lo podra ser

el jugo del pseudotallo. Donde un ejemplo a seguir, es el mayor productor del

mundo, Brasil, pionero en la produccin de etanol a gran escala, a travs de la

fermentacin de la melaza de caa de azcar por levaduras, alcanzando una

produccin en el ao 2009 alrededor de 6577.89 millones de galones de etanol

(RFA, 2010), la mayora de los cuales se fermenta con hexosas presentes en el

jarabe de caa (Monte Alegre, R.; et al., 2003).


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1.7 CARACTERSTICAS DE ALMIDONES.

1.7.1 Cristalinidad por difraccin de rayos X (RX) y Espectroscopia Infrarrojacon Transformada de Fourier (FTIR) y Reflectancia Total Atenuada (ATR).

La difractometra de rayos X constituye un mtodo de identificar sustancias. Este

mtodo, que deriva del descubrimiento efectuado por Von Laue, de que la longitud

de onda de los rayos X es del mismo orden que la de los espacios entre los

tomos de un cristal, y que por lo tanto los cristales pueden actuar como redes de

difraccin de rayos X. A partir de entonces, la difraccin de rayos X ha servido

como instrumento valiossimo para determinar las estructuras tridimensionales de

muchas sustancias (Hart, F.; et al.; 1971).

Los grnulos de almidn nativo muestran dos tipos de patrones de difraccin de

rayos X, el del polimorfismo tipo A para el almidn de cereales (empaquetamiento

de las dobles hlices de la amilopectina en forma monoclnica y con 3-4 molculas

de agua) y el del polimorfismo tipo B para almidones de tubrculos o de

almidones de alta amilosa (empaquetamiento de la doble hlice de la amilopectina

en forma hexagonal y 36 molculas de agua). Se ha encontrado que el patrn tipo

C son una mezcla de los patrones A y B los cuales se pueden encontrar en

almidones de leguminosas, y tambin de algunos tipos de almidones que

crecieron bajo condiciones de humedad y temperatura especifica. Hay una forma

cristalina V, la cual es tpica de los complejos de amilosa presente en el grnulo de

almidn acomplejada con cidos grasos o mono acilglicridos, la cual aparece

durante la gelatinizacin del almidn y es muy rara detectarla en almidones

nativos (figura 13). (Biliaderis, C. G.; 1991) (Colonna, P. et al.; 1985) (Katz, F. R.;

et al.; 1993) (Buleon, A.; et al.; 1998).


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Figura 13.Patrones de difraccin de Rayos X de distintos almidones (de la Rosa,J.; 2009).

Hermans y Weidinger, establecieron en 1948 un mtodo para cuantificar la

cristalinidad en un difractograma de rayos X, el cual ha sido ampliamente utilizado,

en ste propusieron una integracin de reas de los picos cristalinos y el rea total

de la muestra, lo nico difcil es hallar la regin amorfa en el difractograma. Pero

se encontr una manera ms sencilla para el clculo, integrando la regin total del

difractograma obteniendo el rea total y restando el rea resultante de la

integracin de la regin amorfa, la cual es como la lnea base de los picos

cristalinos (que pueden variar dependiendo el polimorfismo del almidn, ver figura12), se obtiene rpidamente el rea cristalina. La ecuacin para calcular el ndice

de cristalinidad se muestra en la ecuacin 1.1 (de la Rosa, J.; 2009). Se muestran

algunos resultados como ejemplo y comparacin en la tabla 6.

(1.1)

Donde %Xc= porcentaje de cristalinidad.Ac= rea cristalina en el difractograma.

Aa= rea amorfa en el difractograma.


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Tabla 6. ndices de cristalinidad por difraccin de rayos X y espectroscopiainfrarroja.

Almidn Porcentaje de Cristalinidad

(reas RX)

Patrn de rayos X

(2)

ndice cristalinidad

(R1047/1022 en IR)

pltano 19.4% (1) C ---

yuca 35.8% (2) A 0.91 (4)

papa 29.8% (2) B 0.44 (3)

maz 31% (2) B 0.75 (5)

Referencias: (1)Rivas, M.; et al. (2008). (2) Srichuwong, S.; et al. (2005).(3)Miao, M.; et al. (2012). (4)Mina, J.; et al. (2009). (5) Liu,T.; et al. (2011).

Para los anlisis de infrarrojo con reflectancia total atenuada (ATR), se encuentra

que las bandas de 1047, 1022 y 861 cm -1 son sensibles a cambios en la

cristalinidad. La banda de los 1022 cm-1 incrementa cuando decrece la

cristalinidad y se relaciona con la parte amorfa de los almidones. La banda 1047

cm-1 aparece posiblemente por el solapamiento de dos bandas 1040 y 1053 cm -1.

Ahora bien, la banda de los 1047 cm-1 es relacionada con la cristalinidad de

almidones porque la banda incrementa cuando la cristalinidad aumenta. Se puede

relacionar el ordenamiento cristalino usando las intensidades de estas dos bandas

como un radio R (1047/1022) (Van Soest, J.; et al.; 1995).

1.7.2 Amilosa aparente.

El mtodo ms importante para calcular la proporcin de componentes amilosa y

amilopectina en el almidn es el mtodo de valor azul. Este mtodo aprovecha las

diferencias en la creacin de complejos de yodo. El complejo amilosa-yodo es

azul, y amilopectina-yodo es rojo. Medidas espectrofotomtricas o colorimtricas

de la intensidad del valor azul puede llevar a calcular el contenido de amilosa. La

reaccin de yodo se ha propuesto para cuantificar el contenido de amilosa enalmidones utilizando las mediciones realizadas en una longitud de onda cerca de

los 600 nm.

Un mtodo comparativo y confirmativo realizado para este trabajo es el termo-

gravimtrico (TG). En el cual se mide las resistencias que son causadas por las


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1.7.3 Energa de activacin por dinmica de anlisis termogravimtrico.

Las tcnicas convencionales en las industrias de procesado de alimento y

preparacin de termoplsticos, en donde, se incluyan almidones son llevadas a

temperaturas relativamente altas. Lo que juega un papel importante en ladegradacin de la estructura molecular de los almidones. Que esta resisita

depende hasta que temperatura se lleve y el tiempo empleado. Por tanto es

importante conocer el comportamiento de la degradacin de los almidones.

Almidones de diversos orgenes botnicos como maz, arroz, papa y yuca, fueron

estudiados por cintica de descomposicin trmica hallndose las curvas TG /

DTG de cada uno llevndose a cabo bajo una atmsfera de nitrgeno (20 mL/min -

1), crisol de platino, una masa de muestra alrededor de 7 mg y velocidades de

calentamiento de 5, 10, 15 y 20 C/min-1desde 25 a 800 C. Con estos resultados,

utilizando el mtodo propuesto por WallFlynnOzawa sobre las curvas,

encontraron la energa de activacin promedio de la descomposicin para

de cada almidn ( fraccin descompuesta). Las energas deactivacin obtenidas para cada almidn se muestran en la tabla 8, los cuales

podrn ser un punto de comparacin con dems almidones (Guinesi, L.; et al.;

2006).

Tabla 8. Datos de energa de activacin por dinmica de descomposicin dedistintos almidones.

Almidn Ea(KJ/mol)Maz 144.19.8

Arroz 171.614.6Papa 158.37.4Yuca 159.415.0

Referencia:Guinesi, L.; et al. (2006)

Los clculos de la energa de activacin de la descomposicin, tiene como base

la ecuacin fundamental de la velocidad, utilizada en todos los estudios cinticos.

Que se describe generalmente como:


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(1.2)

Donde es la constante de velocidad y es el modelo de reaccin, unafuncin que depende del mecanismo de reaccin. La ecuacin (1.2) expresa la

velocidad de conversin, como , en una determinada temperatura para unafuncin de la perdida de concentracin de los reactivos y a velocidad constante.

En esta la tasa de conversin es definida como:

(1.3)

Donde

,

y

son pesos para el tiempo t, inicial y final de la muestra

respectivamente. La constante de velocidad k es generalmente dada por la

ecuacin de Arrhenius:

(1.4)

Donde E es la energa de activacin aparente (kJ/mol), Res la constante de los

gases (8.314 J/K*mol), Aes el factor pre-exponencial (min-1), T es la temperatura

absoluta (K). la combinacin de las ecuaciones (1.2) y (1.4) da la siguiente

relacin:

(1.5)

Para un proceso dinmico de TGA, introduciendo la velocidad de calentamiento,

dentro de la ecuacin (1.5) se obtiene (1.6):

(1.6)

Las ecuaciones (1.5) y (1.6) son las expresiones fundamentales de mtodos

analticos para calcular los parmetros cinticos con base en los datos del TGA.

Los modelos ms comunes estn en la tabla 9.


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vidrio. Los lentes refractan (desva) la luz de manera que la imagen se magnifican

cuando se proyecta hacia el ojo. Con sus diferentes aumentos se alcanza a

detallar la estructura granular del almidn y distinguir algunos aspectos como

forma y tamao, aunque no ms detallados que con la microscopia de barrido

electrnico.

Algunas observaciones realizadas por estos dos mtodos para almidones de

distintas especies (figuras 14 y 15) son las siguientes:

Maz:Las formas son aproximadamente irregulares, poligonales en el plano y se

asumen polidricas irregulares en el espacio. El tamao de grnulo de almidn de

maz es de 12.7 m y desviacin estndar de 5.61 m (Medina, J.; et al.; 2008).

Yuca: La forma general del grnulo de almidn nativo de yuca se aproxima a

elipses y/o esferas, en ocasiones truncadas, como si hubiese recibido cortes en

direcciones aleatorias. Tamao de grnulo con media 10.4 m y desviacin

estndar 4.74 m (Medina, J.; et al.; 2008).

Papa: Formas circulares para los tamaos pequeos y elpticas para los tamaos

grandes. Las superficies son suaves y homogneas; menos accidentadas que las

dos fuentes agrcolas previas. Tamao de grnulo con media de 15.2 m y

desviacin estndar de 10.6 m (Medina, J.; et al.; 2008).

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