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Efecto del peso molecular en las propiedades reológicas de dispersiones de mucílago de Opuntia ficus-indica

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dc.contributor.author Galindo Zavala, Xiamen Gabriela
dc.date.accessioned 2020-07-11T23:23:13Z
dc.date.available 2020-07-11T23:23:13Z
dc.date.created 2019-11-27
dc.date.issued 2020-03-11
dc.identifier.citation Galindo Zavala, Xiamen Gabriela. (2019). Efecto del peso molecular en las propiedades reológicas de dispersiones de mucílago de Opuntia ficus-indica (Maestría en Ciencias en Desarrollo de Productos Bióticos). Instituto Politécnico Nacional, Centro de Desarrollo de Productos Bióticos, México. es
dc.identifier.uri http://tesis.ipn.mx/handle/123456789/28156
dc.description Tesis (Maestría en Ciencias en Desarrollo de Productos Bióticos), Instituto Politécnico Nacional, CEPROBI, 2019, 1 archivo PDF, (109 páginas). tesis.ipn.mx es
dc.description.abstract RESUMEN: El mucílago obtenido de Opuntia spp. es un heteropolisacárido que puede generar dispersiones viscoelásticas o geles dependiendo de la concentración, pH, temperatura y edad de maduración; por lo cual puede ser utilizado en la industria alimentaria, farmacéutica y cosmética como modificador reológico. A pesar de la amplia gama de aplicaciones que se le han encontrado a este biopolímero, no existen suficientes estudios enfocados en la comprensión del efecto de distintos pesos moleculares sobre el cambio de las propiedades reológicas de sus dispersiones. Por esta razón, el objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto del peso molecular sobre el comportamiento reológico de las dispersiones del mucílago de Opuntia ficus-indica con tres edades de maduración distintas, a saber, tierno (15-20 días) joven (45-60 días) y maduro (~ 300 días). Para esto, todas las muestras nativas se caracterizaron mediante dispersión de luz estática y viscosimetría capilar, así como utilizando flujo de corte y flujo extensional uniaxial a diferentes concentraciones de mucilago (3.0, 4.5 y 6.0% p∙v-1) y una temperatura de 25°C. Los resultados mostraron que la edad de maduración no solo afecta la composición química de los mucílagos, sino también su peso molecular (Mw). Se encontró que, en general, Mw aumentó con de la edad de maduración. Los valores de Mw determinados fueron 3.13x104 Da para el mucílago joven (M1), 1.00x105 Da para el tierno (M2) y 5.21x106 Da para el maduro (M3). Con estos valores de Mw, los regímenes de concentración calculados para las diferentes dispersiones fueron diluido a una concentración de 0.10 (g∙dL-1) para M1 y M2, y 0.05 (g∙dL-1) para M3, y semi-diluido para M1 y M2 a una concentración de 0.30 (g∙dL-1) y 0.20 (g∙dL-1) para M3. El estudio reológico en flujo cortante mostró que todas las dispersiones de mucílago exhibieron un comportamiento adelgazante no newtoniano y que la viscosidad se incrementó en función de la concentración del mucílago y de la edad del cladodio para una concentración dada, en otras palabras, cuanto mayor es el Mw, mayor es la viscosidad de las dispersiones . Las dispersiones de M1 y M2 no exhibieron elasticidad; mientras que las de M3 mostraron un comportamiento viscoelástico a concentraciones superiores al 4.5% p∙v-1. Por otro lado, los resultados de las mediciones en flujo extensional revelaron que la viscosidad extensional aumentó al incrementar la concentración de mucílago. Por otro lado, se evaluó por primera ocasión el comportamiento de dispersiones de este biopolímero en flujo extensional. La viscosidad extensional de las dispersiones se incrementó con la concentración de mucilago, así como también con Mw para M1 y M2. Sin embargo, este no fue el caso para M3, para el cual se observaron inestabilidades de flujo. Dichas inestabilidades, consisten en la formación de gotas durante la elongación y cambios en el diámetro del filamento, lo cual generó una aparente reducción de la elasticidad en las dispersiones de M3. La aparición de estas inestabilidades de flujo fue atribuida a la presencia de partículas no solubles en el mucílago (material lignocelulósico) y a posibles cambios en la arquitectura del mucílago. Finalmente, esta investigación muestra que el peso molecular del mucílago extraído de Opuntia ficus-indica determina el comportamiento reológico de sus dispersiones en flujo cortante y flujo extensional, y depende de la edad de maduración de los cladodios. ABSTRACT: The mucilage obtained from Opuntia spp. is a hetero-polysaccharide that can generate viscoelastic dispersions or gels depending on its concentration, pH, temperature and maturity stage; for which it may be used in the food, pharmaceutical and cosmetic industry as a rheological modifier. Despite the range of applications that have been found for this biopolymer, there are not enough studies focused on understanding the effect of different molecular weights on the change rheological properties of its dispersions. Due to this reason, the aim of this work was to evaluate the effect of molecular weight on the rheological behavior of dispersions of Opuntia ficus-indica’s mucilage with three distinct maturation stages, namely, tender (15-20 days), young (45-60 days) and mature (~ 300 days). For this, all native samples were characterized by light scattering and capillary viscometry, as well as by steady-shear flow and uniaxial extension flow at different concentrations (3.0, 4.5 and 6.0 % w∙v-1) at a temperature of 25 °C. The results showed that the maturation age not only affects the chemical composition of the mucilages, but the molecular weight (Mw) as well. It was found that, overall, Mw increased with maturation age. Mw values determined were 3.13x104 Da for the young mucilage (M1), 1.00x105 Da for the tender (M2) and 5.21x106 Da for the mature one (M3). From these Mw values, the calculated concentration regimes for the different dispersions were diluted to a concentration of 0.10 (g∙dL-1) for M1 and M2 and 0.05 (g∙dL-1) for M3, and semi-diluted for M1 and M2 at a concentration of 0.30 (g∙dL-1) and 0.20 (g∙dL-1) for M3. The rheological study in shear flow showed that all mucilage dispersions exhibited a non-Newtonian shear-thinning behavior and that the viscosity increased with the concentration of the mucilage and cladode age for a given concentration, in other words, the greater the Mw higher the viscosity of the dispersions. The dispersions from M1 and M2 did not exhibit elasticity; meanwhile those from M3 showed viscoelastic behavior at concentrations greater than 4.5% w∙v-1. On the other hand, the behavior of this biopolymer in extensional flow was evaluated for the first time. The extensional viscosity of the dispersions increased with increasing concentration of mucilages, as well as with Mw for M1 and M2. This, however, was not the case for dispersions from M3, for which, flow instabilities were observed. Such flow instabilities, consisting in drops formation during extension and changes in filament diameter, produced an apparent decrease of elasticity in M3 dispersions. The appearance of these flow instabilities was attributed to the presence of non-soluble mucilage particles (lignocellulosic fraction) and possible changes in mucilage architecture. Finally, this investigation shows that the molecular weight of mucilage extracted from Opuntia ficus-indica determines the rheological behavior of its solutions in shear and extensional flow and depends on the maturity stage. es
dc.description.sponsorship Apoyos económicos de CONACYT y BEIFI-IPN. Esta investigación fue parte de los proyectos SIP-IPN 20180759 y 20196615. es
dc.language.iso es es
dc.subject Mucílago es
dc.subject Efecto del peso molecular es
dc.subject Comportamiento reológico es
dc.title Efecto del peso molecular en las propiedades reológicas de dispersiones de mucílago de Opuntia ficus-indica es
dc.type TESIS es
dc.contributor.advisor Rodríguez González, Francisco
dc.contributor.advisor Pérez González, José


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