2.1.1 Modificación del almidón nativo de yuca mediante hidroxipropilación - oxidación. La modificación de los almidones se llevó a cabo con el fin de obtener películas con propiedades mecánicas superiores, disminuir la tendencia a la retrogradación y mejorar las propiedades de barrera frente al agua, así como disminuir la temperatura de gelificación y viscosidad del gel, respecto a las películas obtenidas con almidones nativos. Los almidones nativos se modificaron con óxido de propileno (> 99% de pureza, Merck) en presencia de NaOH (> 99% de pureza, Merck) y Na2SO4 (> 99% de
pureza, Merck) a pH 11,3, procedimiento seguido por Kaur, Singh y Singh (Kaur et al., 2004). Inicialmente se agregó agua destilada (500 mL) en un beaker esterilizado de 1000 mL, alcanzando una temperatura de 40 0C. Para llevar a cabo la reacción, se adicionó Na2SO4 (40 g) y posteriormente se agregó 200 g de almidón nativo, se agitó levemente y
se ajustó el pH a 11,3 con una solución al 0,5 N de NaOH, finalmente se adicionaron 32 mL de óxido de propileno (equivalente al 16%) a la solución de almidón. La solución preparada con cada almidón se agitó levemente por 8 horas y la temperatura se mantuvo constante a 40 ºC a través de un baño maría (HYTHRMCO PENNSAUKEN). Después del tiempo de reacción se llevaron las suspensiones de almidón a un pH de 5,5 con una solución de HCl 0,1 N y a continuación se dejó precipitar. A las muestras de almidón hidroxipropilado obtenidas se le realizaron lavados con agua destilada durante la filtración al vacío en filtro de porcelana; posteriormente se secaron en un horno (BINDER) a temperatura de 40 °C hasta obtener una humedad entr e el 10% y el 12%. Estos análisis se realizaron en el laboratorio de Biotecnología de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad del Cauca.
39
2.1.2 Determinación del grado de sustitución molar por espectrofotometría de absorción UV– VIS. La sustitución molar obtenida en cada ensayo se determinó a través del contenido de grupos hidroxipropil en el almidón; este contenido se calculó mediante el principio empleado por Jones y Riddick (1954) para determinar propilenglicol y/o polioxipropileno, el cual fue adaptado para la determinación del grupo hidroxipropil en almidón esterificado (Pal y Singhal, 1999) (ver Anexo A).
La concentración de propilenglicol en el almidón se calculó de la curva estándar convirtiendo a grupos hidroxipropil equivalente usando la ecuación 1:
ℎ
% =
. !"
Ec. (1)
Donde C es la cantidad de propilenglicol en la solución de muestra (µg/ml), f es el factor de dilución (si es necesaria una dilución adicional) y w es el peso de la muestra.
La sustitución molar se calculó mediante la ecuación 2:
M W W MS )) 1 ( 100 ( 162 − − = Ec. (2)
Donde MS es la sustitución molar, W es la cantidad de grupos hidroxipropil equivalentes en 100 g de almidón y M es el peso molecular del óxido de propileno (C3H6O).
2.1.3 Curvas de empastamiento. Se desarrollaron curvas de empastamiento de las tres variedades de almidones tanto nativos como modificados, con el fin de determinar los cambios en la temperatura de gelatinización y en la viscosidad final del gel formado debidos al proceso y efecto de la modificación. Para ello se utilizó un reómetro marca TA Instruments modelo 1500 EX. El procedimiento aplicado consistió en pesar 25 g de almidón en base seca los cuales se dispersaron en 25 ml de agua destilada; se agitó la mezcla y se introdujo en la celda de análisis del equipo. A continuación se llevó a cabo una etapa de acondicionamiento a una temperatura de 50 °C durante un tiempo de 30 segundos y con una velocidad angular de la geometría de 78,53 rad/s. Posteriormente se inició una rampa de calentamiento a una velocidad de 12,2 °C/min hasta que la muestra alcanzó 90 °C de temperatura y se mantuvo constant e durante un tiempo de 2 minutos y 30 segundos. A continuación se ejecutó una rampa de enfriamiento a una velocidad de 12,2 °C/min hasta que la temperatura de la muestra fue 50 °C; se mantuvo constante ésta temperatura durante 2 minutos y finalmente la muestra fue enfriada hasta 30 °C, momento en el que terminó la prueba.
2.1.4 Valoración de las propiedades térmicas por calorimetría de barrido diferencial (DSC). La determinación de las transiciones de fase, la temperatura de transición vítrea (Tg) y temperatura de fusión (Tm), se realizó para almidones nativos y modificados granulares. Se utilizó un equipo modulado de Calorimetría de Barrido Diferencial (DSC) [TA Instrument, Q20 series] (Figura 8) bajo la norma ASTM D 3418-08 (ASTM D 3418-08, 2010), previamente calibrado bajo la norma ASTM D 968 (ASTM D 968, 2008). Las
40
pruebas se realizaron en atmósferas inertes tras usar un flujo de nitrógeno a 50 mL/min como gas de purga.
Se midió el contenido de agua presente en cada muestra con ayuda de una balanza de humedad [PRECISA modelo XM 60 d = 0,001 g], luego sobre un recipiente de aluminio (Tzero® Hermetic Lid) se pesaron las muestras de material termoplástico y de almidones nativos y modificados con ayuda de una microespátula, cada muestra se pesó en una microbalanza [RADWAG® modelo XA 110/X] con 0,00001 g de precisión donde el peso no debía ser menor de 5 mg ni mayor de 10 mg. Con ayuda de una pinza metálica, se colocó una tapa de aluminio sobre el platillo que contenía la muestra y con la misma pinza se llevó el conjunto a la prensa (Tzero press) para sellarlo y posteriormente se ubicó dentro de la cámara térmica del DSC. Se realizó un barrido desde -150°C hasta una temperatura de 250°C. Se utilizó otro recipiente de las mismas características completamente vacío como referencia.
Figura 8. Calorímetro de barrido diferencial
2.1.5 Análisis Termogravimétrico (TGA). Se determinaron las curvas termogravimetricas de los almidones nativos y modificados, empleando un analizador termogravimétrico MODULE TGA Q50 W/MFC (Figura 9). El análisis se realizó en el laboratorio de Reología, Textura y Empaque de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad del Cauca.
El procedimiento establecido por la norma ASTM E 1131 – 08 (ASTM E 1131–08, 2010) se aplicó para el análisis termogravimétrico, donde lo primero que se hizo para emplear el equipo fue usar nitrógeno como gas inerte, posteriormente se taró la balanza y se pesaron las muestras de almidón nativo e hidroxipropilado, entre 10 y 20 mg, y con cuidado se colocó en el soporte de la muestra. Inmediatamente se colocó el sensor de temperatura cerca de la muestra y se registró la masa inicial. Se inició el programa de calefacción desde una temperatura ambiente hasta 650 ºC y se registró el cambio de masa durante este intervalo de temperatura.
41
Figura 9. Analizador termogravimétrico TGA
Cabe resaltar que algunos componentes combustibles no fueron degradados, porque el ensayo se realizó con nitrógeno y para descomponer los combustibles por encima de 650 °C hasta 1000 °C.
2.1.6 Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR). Se determinaron los espectros infrarrojos con transformada de Fourier [FTIR-8400, Shimadzu, Japón] de los almidones nativos y modificados en el Laboratorio de Catálisis del Departamento de Química, de la Universidad del Cauca. Se hicieron pastillas de almidones nativos de yuca (2 mg) con bromuro de potasio (KBr) (Uvasol®, Merck, < 50 micras) y se introdujeron directamente en la celda del infrarrojo. Los espectros se trabajaron con 120 escaneos cada uno.