Impacto de tratamientos de cavitación sobre el almidón de mandioca

TINA TRAGIN; GUIDO ROLANDELLI; SANTIAGO FLEITE; SILVIO RODRIGUEZ; MIRYAN CASSANELLO; BUERA, M. PILAR

Taller; Segundo Taller Biotecnología aplicada a la Tecnología de Alimentos; 2022

En la revalorización de subproductos y residuos de la industria alimentaria se proponen tratamientos con ultrasonido (US) que permiten acelerar las extracciones de moléculas de interés. La cavitación hidrodinámica (HC) no es aún tan utilizada y se considera muy promisoria para el tratamiento de biomasa por ser una tecnología ecológica escalable, que permite disminuir tiempos y costos de procesos de extracción, con importantes aplicaciones potenciales, entre ellas la extracción de almidón. Ambas técnicas están basadas en el fenómeno de cavitación, que consiste en la generación e implosión de micro o nanoburbujas provocadas por una caída grande de presión, que a su vez rompe membranas y otras estructuras supramoleculares. El daño a los gránulos de almidón podría ser una consecuencia indeseable. Se ha observado ruptura de biopolímeros tales como carboximetilcelulosa y disminución de viscosidad. El objetivo de este trabajo fue analizar el impacto de procesos tales como US y HC sobre el almidón de tapioca, mediante el análisis a niveles moleculares o supramoleculares. Las suspensiones de almidón de tapioca se trataron mediante un HC de tipo XX y un ultrasonicador de 100HP, variando la concentración de almidón y el tiempo de tratamiento. Las consecuencias de estos tratamientos se analizaron a través de la determinación de las entalpías y temperaturas de gelatinización y retrogradación, por calorimetría diferencial de barrido (DSC); opacidad de los geles de almidón causada por la retrogradación, mediante mediciones de reflectancia con fondos blanco y negro. La integridad de los gránulos de almidón se estudió mediante microscopía de luz polarizada (PLM) y por una reacción química basada en la formación del complejo almidón-I3 (tri-ioduro de K), que se emplea con frecuencia para determinar gránulos de almidón dañados y aumento de almidón soluble. La movilidad molecular de diferentes poblaciones de agua se estudió mediante resonancia magnética nuclear de baja frecuencia resuelta en el tiempo (LF-NMR). Las modificaciones a nivel molecular fueron analizadas por FT-IR con el dispositivo ATR.Los análisis por DSC indicaron que los tratamientos aplicados no afectaron los perfiles de gelatinización o retrogradación, ya que las temperaturas y entalpías de fusión variaron levemente y sin tendencias claras. El análisis FT-IR tampoco reveló cambios significativos a nivel molecular. Los estudios por LF-RMN permitieron interpretar movilidad molecular a de agua en los procesos de gelatinización y retrogradación pero no discriminar entre tratamientos. Sin embargo, a través del análisis realizado por PLM se observaron cambios menores en la superficie de los gránulos, manifestados por un halo de reflexión difusa en la superficie de los gránulos tratados. Estos cambios fueron confirmados por la reacción química con KI-I2 sobre las muestras previamente cavitadas, que indicó presencia de almidón "libre" asociado al daño de los gránulos. Este daño no fue lineal en función del tiempo y se apreció mejor a menor fue la concentración de almidón, debido a que cuanto más almidón hay, más tiempo se necesita para afectar una fracción significativa de gránulos. El tratamiento de HC de una hora produjo un daño suficiente a los gránulos de almidón para lograr la disolución del doble que un tratamiento de 10 min. La hidrocavitación promovió un cambio notable en la relación amilopectina/amilosa. Mientras que la amilopectina no se afectó, se notó una disminución en la cantidad de amilosa libre.Estos resultados indicaron que la estructura granular protege a los polímeros en comparación con un polímero libre, como CMC, cuya viscosidad disminuye drásticamente debido a la hidrocavitación. Este análisis es importante cuando se necesita recuperar almidón de la biomasa a tratar por técnicas de cavitación.