Propiedades fisicoquímicas de almidones catiónicos elaborados por extrusión

Abstract

RESUMEN: En la presente investigación fueron elaborados almidones catiónicos empleando un extrusor de tornillo simple y dos reactivos catiónicos: cloruro de 2,3-epoxipropiltrimetril amonio (EPTAC) y 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio (CHPTAC) en solución alcalina (NaOH). Las variables en estudio fueron las siguientes: porcentaje de humedad, relación molar de reactivo/almidón y de NaOH/almidón y la temperatura de extrusión; analizando las propiedades de viscosidad y textura, térmicas (transición vítrea y de fase; Tg y Tm respectivamente), químicas (grado de sustitución y eficiencia de la reacción) y las propiedades eléctricas (impedancia) de los almidones catiónicos. La técnica de espectroscopia de impedancia, se propuso como una alternativa para cuantificar el efecto del tratamiento químico en la modificación de almidones correlacionándola con el grado de sustitución. La investigación se llevó a cabo en dos etapas: en la primera etapa, se obtuvieron almidones catiónicos con bajos grados de sustitución (0.015 - 0.025), con una alta dependencia de la temperatura de extrusión. Para bajas temperaturas de procesamiento (60 - 85 °C) y una concentración de reactivo (EPTAC) alrededor del 0.75% (p/v), los almidones presentaron una alta viscosidad, aunque menor a la del almidón comercial. En la segunda etapa de esta investigación, se emplearon para la elaboración de los almidones diferentes relaciones molares de reactivo/almidón (0.03 - 0.23) e hidróxido de sodio/almidón (0.04 - 0.30), manteniendo constantes la temperatura (85 °C) y la humedad (35 %). Para relaciones molares de CHPTAC/almidón de 0.19 y 0.26 para NaOH/almidón, se obtuvieron almidones catiónicos con viscosidades similares a las del almidón comercial y altos grados de sustitución (0.122). Los almidones elaborados en estas condiciones presentaron bajas temperaturas de transición vítrea (Tg), bajos índices de solubilidad en agua (ISA) y altos índices de absorción de agua (IAA). El proceso de extrusión presentó ventajas sobre los procesos convencionales para obtener almidones catiónicos con altos grados de sustitución; disminuyendo el tiempo de procesamiento y el consumo de agua.

ABSTRACT: Cationic starches were prepared in a single extruder by using corn starch and two different regents: 2,3-epoxypropyltrimethylammonium chloride (EPTAC) and 3-chloro-2- hydroxypropyltrimethylammonium (CHPTAC) in alkaline solution (NaOH). The different factors affecting this reaction were investigated. These variables were: percentage of humidity, relation to molar of reagent/starch and NaOH/starch, and the extrusion temperature; analyzing properties of viscosity and texture, thermal (glass transition and melting temperature; Tg and Tm, respectively), chemical (degree of substitution and reaction efficiency) and electrical properties (impedance) of the cationic starches. The research was carried out in two stages: in the first stage, cationic starches with low degrees of substitution were obtained (0.015 - 0.025), with a high dependency of the temperature of extrusion. For low temperatures of processing (60 - 85 °C) and 0.75% (w/v) of reagent (EPTAC), the starches displayed a high viscosity, although smaller than that a commercial cationic starch. The technique of impedance spectroscopy sets out like an alternative to quantify the effect of the chemical treatment in the starch modification being correlated with the substitution degree. In the second stage of this research, different molar relations of reagent/starch (0.03 - 0.23) and sodium hydroxide/starch (0.04 – 0.30) were used for the elaboration of starches; maintaining the temperature (85 °C) and the humidity (35%), as constant. For relations of CHPTAC/starch of 0.19 and 0.26 for NaOH/starch, cationic starches with viscosities similar to those of the commercial starch and high degrees of substitution (0.122) were obtained. The starches elaborated in these conditions presented losses in their vitreous transition temperatures (Tg), low solubility in water (ISA) and higher water absorption (IAA). The evaluated process showed several advantages over the conventional process such as decreased processing time and water consumption.