ALMIDONES DE CÁSCARA DE YUCA (MANIHOT ESCULENTA) Y PAPA (SOLANUM TUBEROSUM) PARA PRODUCCIÓN DE
BIOPLÁSTICOS: PROPIEDADES MECÁNICAS Y EFECTO GELATINIZANTE
Publicación Cuatrimestral. Vol. 6, No 2, Mayo/Agosto, Ecuador (p. 137-152) 137
Publicación Cuatrimestral. Vol. 6, No 2, Mayo/ Agosto, 2021, Ecuador (p. 137-152). Edición continua
ALMIDONES DE CÁSCARA DE YUCA (MANIHOT ESCULENTA) Y PAPA
(SOLANUM TUBEROSUM) PARA PRODUCCIÓN DE BIOPLÁSTICOS:
PROPIEDADES MECÁNICAS Y EFECTO GELATINIZANTE
Carla Virginia Vélez Martínez
1*
, Xiomara Soledad Zambrano Murillo
2
, María Hipatia
Delgado Demera
3
, Gabriel Alfonso Burgos Briones
4
, Carlos Alfredo Cedeño Palacios
5
1
Egresada de la Carrera de Ingeniería Química, Universidad Técnica de Manabí. Ecuador. E-mail:
cvelez9539@utm.edu.ec
2
Egresada de la Carrera de Ingeniería Química, Universidad Técnica de Manabí. Email: xzambrano7144@utm.edu.ec
3
Médico Veterinario, Máster en Alimentos, Doctor en Ciencias Veterinarias, Departamento de Ciencias Veterinarias,
Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad Técnica de Manabí. Email: hipatia.delgado@utm.edu.ec
4
Ingeniero Químico, Máster en Sistemas Integrados de Gestión, Departamento de Procesos Químicos, Facultad de
Ciencias Matemáticas, Físicas y Químicas, Universidad Técnica de Manabí. Email: gabriel.burgos@utm.edu.ec
5
Ingeniero Agroindustrial, Máster en Procesamiento de Alimentos, Doctor en Ciencias Agrarias, Departamento de
Procesos Químicos, Facultad de Ciencias Matemáticas, Físicas y Químicas, Universidad Técnica de Manabí. E-mail:
alfredo.cedeno@utm.edu.ec
*Autor para la correspondencia: cvelez9539@utm.edu.ec
Recibido: 25-03-2020 / Aceptado: 20-07-2021 / Publicación: 30-08-2021
Editor Académico: Jorge Luis López Terán
RESUMEN
Los productos biodegradables basados en materias primas agrícolas ocupan un gran espacio en las investigaciones para
el desarrollo y mejoramiento de bioplástico a base de almidón que presentan propiedades similares a los plásticos
convencionales. El objetivo de este trabajo consistió en describir la gelatinización y propiedades mecánicas de
bioplásticos extraídos de almidones tanto de cáscaras de yuca (Manihot esculenta) como de cáscaras de papa (Solanum
tuberosum). A partir de una revisión bibliográfica literaria complementada con aproximadamente 86 artículos científicos
se logró comprobar que la gelatinización de estos residuos en función de sus propiedades fisicoquímicas y funcionales,
mejoran sus propiedades mecánicas, además la adición de sustancias poliméricas sintéticas y naturales, plastificantes,
materiales de relleno, aditivos, agentes acoplantes, agentes desestructurantes y agua otorgaron las propiedades mecánicas
necesarias para trabajar como un termoplástico. Si bien ambos almidones presentan propiedades mecánicas viables para
la elaboración de biopolímeros, se logra concluir que el almidón de cáscara de papa puede alcanzar un bioplástico con
mejores propiedades mecánicas debido a que presenta gránulos más esféricos y regulares, los cuales pueden formar
estructuras moleculares más estables, así como su alto contenido de amilosa favorece en la gelatinización y logra que la
fuerza de tensión presente un incremento en comparación al almidón de cáscara de yuca.
Palabras clave: Almidón, gelatinización, papa, propiedades mecánicas, yuca.
YUCCA (MANIHOT ESCULENTA) AND POTATO (SOLANUM
TUBEROSUM) HUSK FLOURS FOR PRODUCTION OF BIOPLASTICS:
MECHANICAL PROPERTIES AND GELATINIZING EFFECT
Artículo de Investigación
Ciencias Químicas
Artículo de
Revisión
Carla Virginia Vélez Martínez, Xiomara Soledad Zambrano Murillo, María Hipatia Delgado Demera, Gabriel Alfonso Burgos Briones, Carlos
Alfredo Cedeño Palacios
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ABSTRACT
Biodegradable products based on agricultural raw materials occupy a large space in research for the development and
improvement of starch-based bioplastics that have properties similar to conventional plastics. The objective of this work
was to describe the gelatinization and mechanical properties of bioplastics extracted from starches both from cassava
peels (Manihot esculenta) and potato peels (Solanum tuberosum). From a literary bibliographic review complemented
with approximately 86 scientific articles. it was possible to verify that the gelatinization of these residues based on their
physicochemical and functional properties, improves their mechanical properties. Moreover, the addition of synthetic and
natural polymeric substances, plasticizers, fillers, additives, coupling agents, destructuring agents, and water will give the
necessary mechanical properties to work as a thermoplastic. Although both starches have viable mechanical properties
for the production of biopolymers, it is possible to conclude that potato peel starch can achieve a bioplastic with better
mechanical properties due to the fact that it presents more spherical and regular granules, which can form more stable
molecular structures; as well as, its high amylose content favors gelatinization and achieves an increase in the tensile
strength compared to cassava shell starch.
Keywords: Gelatinization, mechanical properties, yucca, potato, starch.
AMIDOS DE CASCA DE MANDIOCA (MANIHOT ESCULENTA) E
BATATA (SOLANUM TUBEROSUM) PARA PRODUÇÃO DE
BIOPLÁSTICOS: PROPRIEDADES MECÂNICAS E EFEITO
GELATINIZANTE
RESUMO
Os produtos biodegradáveis à base de matérias-primas agrícolas ocupam um grande espaço nas pesquisas para o
desenvolvimento e aprimoramento de bioplásticos à base de amido que apresentam propriedades semelhantes aos
plásticos convencionais. O objetivo deste trabalho foi descrever a gelatinização e as propriedades mecânicas de
bioplásticos extraídos de amidos, tanto de cascas de mandioca (Manihot esculenta) como de cascas de batata (Solanum
tuberosum). A partir de uma revisão bibliográfica literária complementada com aproximadamente 86 artigos científicos,
foi possível verificar que a gelatinização desses resíduos com base em suas propriedades físico-químicas e funcionais
melhora suas propriedades mecânicas, além da adição de substâncias poliméricas sintéticas e naturais, plastificantes,
cargas, aditivos, agentes de acoplamento, desestruturantes e água darão as propriedades mecânicas necessárias para
funcionar como termoplástico. Embora ambos os amidos tenham propriedades mecânicas viáveis para a produção de
biopolímeros, é possível concluir que o amido de casca de batata pode atingir um bioplástico com melhores propriedades
mecânicas devido ao fato de apresentar grânulos mais esféricos e regulares, podendo formar estruturas moleculares mais
estáveis. Além disso, seu alto teor de amilose favorece a gelatinização e atinge um aumento na resistência à tração em
comparação ao amido de casca de mandioca.
Palavras chave: Gelatinização, propriedades mecânicas, mandioca, batata, amido.
ALMIDONES DE CÁSCARA DE YUCA (MANIHOT ESCULENTA) Y PAPA (SOLANUM TUBEROSUM) PARA PRODUCCIÓN DE
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1. INTRODUCCIÓN
El uso de polímeros naturales, es una opción ecológica ante la problemática que se genera por la
bioacumulación de plásticos, los cuales inhiben el normal funcionamiento de los ecosistemas al
incorporar aditivos químicos o contaminantes hidrofóbicos en la cadena trófica (Araujo et al., 2006).
En el mundo se producen aproximadamente 3,5 billones de toneladas de desechos de la agricultura
(Sadh, 2018). Estos desechos representan un desafío ambiental y tienen altos costos de disponibilidad,
según Jin y Col (2010).
En Ecuador existe una amplia gama de materias primas disponibles para la producción de
bioplásticos, como los productos amiláceos procedentes de raíces y tubérculos; dentro de las raíces,
la yuca es una alternativa relevante para la fabricación de componentes amigables con el ambiente,
por su alta disponibilidad, bajo costo y su elevado contenido de almidón (Villada et al., 2008; Corozo
et al., 2020). De este modo, se aprovecha la cáscara de yuca que es considerada como producto
potencial en la obtención de bioplásticos, la cual inclusive presenta un almidón que se ha emplea
combinado con quitosano y sorbitol como plastificante, percatándose variaciones en las propiedades
mecánicas, en dependencia de las formulaciones (Fathanah et al., 2013).
La papa, en sus diferentes variedades, es un insumo estudiado por su alto contenido de almidón, su
elevado nivel de producción y las buenas características que posee, como la relación
amilosa/amilopectina parámetro que define el tiempo de degradación de este biomaterial (Kolawole
et al., 2020; Domínguez et al., 2012). Así mismo, la cáscara de papa contiene cantidades suficientes
de almidón, celulosa, hemicelulosa y azúcares fermentables que garantizan su uso (Lese et al., 2018;
Arapoglou et al., 2010); en investigaciones realizadas, el bioplástico de este residuo refleja
propiedades físicas y mecánicas similares a los plásticos tradicionales como el polietileno,
polipropileno, ABS, PET, entre otros (García, 2016).
En productos elaborados de almidón, el proceso de gelatinización produce efectos tales como: redes
más sólidas y estables térmicamente, distribución homogénea de la amilosa y amilopectina, mayor
grado de cristalinidad y disminución en la permeabilidad al vapor de agua (Flores et al., 2007). La
modificación física del almidón mediante gelatinización aumenta la termoplastificación de matrices
obtenidas a partir de almidón, esta modificación puede incrementar las propiedades mecánicas de los
productos en cuanto a resistencia a la tensión, resistencia a la flexión, deformación y rigidez (Ramírez,
2011). Las propiedades mecánicas del bioplástico son descritas a cómo responde el material al aplicar
una carga o fuerza y consisten principalmente en su composición, así como en su estructura molecular
(Navia et al., 2013). Con base en lo señalado y partiendo de la necesidad de incorporar nuevos
materiales que satisfagan la demanda del mercado con respecto a calidad y las exigencias ecológicas
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140
en la actualidad, se realizó el presente trabajo a partir de una revisión bibliográfica para describir la
gelatinización y las propiedades mecánicas que aportan las materias primas renovables como el
almidón de yuca y papa, ofreciendo varias ventajas como el bajo costo de sustratos y bajo consumo
de energía para la elaboración de bioplásticos.
2. DESARROLLO
2.1. Almidones de cáscara de yuca y papa
Existen diferentes variedades de papa en el mundo y en el caso de Ecuador, según el Instituto Nacional
Autónomo de Investigaciones Agropecuarias (Cuesta, 2012) se encuentran representantes de S.
tuberosum y S. phureja. Sin embargo, otras especies silvestres, especialmente S. demissum y S.
vertifolium, aportan también líneas parentales de las variedades actuales. La cáscara de la papa
considerada "sin valor" en la industria tiene un abundante contenido de almidón, un polvo fino y sin
sabor, con mayor viscosidad que los almidones de trigo o de maíz, y permite elaborar productos más
suaves al paladar (Camacho, 2020). Este almidón se usa para la repostería en general y para la
producción de bioplásticos, y puede ser obtenido de S. tuberosum L., aprovechando el valor de un
residuo agrícola (Rivera & Nevárez, 2009; Huang et al., 2006).
En las zonas montañosas de Ecuador se encuentran dos tipos de variedades de yuca, amarga (M.
utilissima) y dulce (M. aipi. S) (Cárdenas et al., 2013); a partir de las cuales se pueden obtener
almidones procesando sus cáscaras (Rendón et al., 2012). La yuca está en transición de un alimento
básico con almidón a una materia prima para alimentos y otras industrias. Además, la yuca está
disponible en cualquier temporada y durante el proceso de deshidratación tiene una pérdida mínima
de sustancias nutritivas. En tal sentido, el almidón de yuca se considera una materia prima con
factibilidad para su utilización en la producción de bioplásticos (Martínez et al., 2007). El avance de
la tecnología y la necesidad de generar nuevas alternativas para producir bioplásticos ha llevado a los
científicos a estudiar estos residuos alimentarios (Bou, 2015).
2.2. Gelatinización
Es un proceso irreversible en el cual existe una transición de fase sol-gel, donde se presenta la pérdida
de semicristalización de los granos de almidón en presencia de calor y altas cantidades de agua con
muy poca o ninguna despolimerización (Teyssandier et al., 2011). A lo largo de la gelatinización el
agua tiende a penetrar en un principio en las regiones amorfas originando el hinchamiento y una
disminución de cristalinidad por el desarrollo de las dobles hélices, hasta que ocurre una
fragmentación de los gránulos casi por completo.
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Como expresa Ceballos y De la Cruz (2012), la gelatinización ocurre en un rango estrecho de
temperaturas que varía dependiendo de la fuente del almidón, para la yuca el rango establecido por
Techeira et al. (2015), se encuentra dentro de 60ºC - 70ºC, y para la papa según Acosta et al. (2018)
entre 56ºC - 67ºC. Por otra parte, Teyssandier et al. (2011) agrega que los tiempos de gelatinización
son inversamente proporcional a la concentración de almidón. En tanto más rigidez exista, se da una
mayor resistencia, esto se produce debido al choque entre los gránulos hinchados, lo que genera una
alta viscosidad (Cajiao et al., 2016). En tales circunstancias, al adicionar más calor, el agua reservada
desintegra la estructura ordenada de los gránulos, y la amilosa comienza a difundirse formando un
gel que finalmente soporta los gránulos compuestos ante todo por amilopectina. Bajo este contexto,
se buscó estudiar las propiedades fisicoquímicas y funcionales del almidón extraído de la yuca y papa
con la posibilidad de analizar y comparar con estudios previos. A continuación, se presentan los más
relevantes en la Tabla 1.
Tabla 1. Características fisicoquímicas de almidones de yuca y papa
Almidón
Tipos
Almidón%
pH
Amilosa%
Referencias
Yuca
Blanca (M. aipi. S)
Amarilla
(M.utilissima)
Blanca
72,37
6,10
28,25
Techeira et al., 2015
Amarilla
77,49
6,34
31,28
Blanca
89,57
6,23
30,73
García et al., 2012
Amarilla
98,5
6,12
23,00
Granados et al.,
2014
Blanca
35,08
5,80
21,61
Román et al., 2015
Amarilla
13,74
5,89
14,23
Rivier et al., 2010
Papa
Criolla (S. phureja)
Parda (S. tuberosum
L)
Criolla
65,29
5,70
29,98
Techeira et al.,2015
Parda
65,59
6,24
37,80
Criolla
70,49
5,38
21,00
Hernández et al.,
2008
Parda
22,05
6,35
15,62
Zárate et al., 2014
Criolla
37,90
6,65
23,39
Román et al.,2015
Parda
13,30
6,54
24,00
Alvis et al., 2008
Fuente: Elaboración propia.
Techeira et al. (2015) argumenta que el almidón de papa presenta hasta un 37,80 % de amilosa,
comparado con el almidón de yuca que presenta entre 14,23 % a 30,73 % (Meneses, 2007). Medina
y Salas (2008) reportan que los gránulos de almidón de papa son más esféricos y regulares que los de
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Alfredo Cedeño Palacios
142
otros almidones como yuca y maíz, indicando que este tipo de almidón puede formar estructuras
moleculares más estables, esta condición puede reflejarse en una mayor fuerza de ruptura en las
películas obtenidas. El almidón de papa tiene gránulos de mucho mayor tamaño con un promedio de
15,22 - 18,30 µm (Pardo et al., 2013; Medina y Salas 2008) a diferencia del gránulo de la yuca 10,38
a 16,5 µm (Silovi et al., 2013 ;Alvis et al., 2008), por lo cual el tamaño de los gránulos del almidón
muestra una relación con la proporción amilosa/amilopectina y pueden llegar a tener más capacidad
de absorción de agua y su estructura permite la mejor incorporación de moléculas de plastificante y
agua en la formación de película (Lopez et al., 2017; Barragán et al.,2016). Un alto contenido en
amilosa que se presenta en el almidón de yuca provoca mayor fuerza de atracción entre los granos de
almidón, esto impide la penetración de agua dentro de los gránulos, retrasando lógicamente el proceso
de gelatinización durante el proceso de extrusión y determinación de las propiedades funcionales
(Maré, 2009; Solarte, 2019).
2.3. Propiedades Funcionales de la yuca y papa
Las propiedades funcionales de los almidones dependen de la relación amilosa/amilopectina,
biopolímeros de diferente estructura molecular que constituyen casi la totalidad del gránulo
(Hernández et al., 2008). La absorción de agua y el hinchamiento de los compuestos termoplásticos
a base de almidón es importante en ambientes acuosos o húmedos porque estas propiedades
determinan su integridad y desempeño (Ramírez, 2011). A continuación, se presenta en la Tabla 2 las
propiedades funcionales de los almidones de la papa y yuca que dependen de su naturaleza,
morfología y estructura. (Mali et al., 2004; Mishray Rai, 2006; Patel y Seetharaman, 2006; Kaur et
al., 2007)
Tabla 2. Propiedades funcionales de almidón de yuca y papa.
Almidón
Tipos
Temperatura de
gelatinización
%Índice de
solubilidad
(ISA)
% Índice de
absorbancia
(IAA)
Referencia
Yuca
Blanca (M.
aipi. S)
Amarilla (M.
utilissima)
Blanca
62,83
3,01
11,09
García, et al.,
2012
Amarilla
60,68
16,50
19,85
Hernández et
al., 2008
Blanca
65
10,00
5,12
Techeira et
al., 2015
Amarilla
70
16,02
19,0
Papa
Criolla
(Solanum
phureja)
Criolla
76,33
0,92
1,72
Murillo,
2021
Parda
76,67
2,91
1,91
Criolla
65,25
9,37
3,709
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Parda
(Solanum
tuberosum L)
Parda
68,4
1,52
3,401
Acosta et al.,
2012.
Criolla
60
7,5
11,8
Martinez,
2015
Parda
4,8
10,6
Fuente: Elaboración propia.
Los resultados obtenidos muestran que el almidón de papa tiene más baja solubilidad, en relación a
la yuca (Tabla 2). Este comportamiento también puede deberse al tamaño del gránulo y la
organización supramolecular de los componentes del almidón amilosa/amilopectina (Medina, 2010).
Con respecto al índice de absorbancia, los almidones de papa presentan una mayor diferencia con
respecto a los de yuca es posible que se deba al menor contenido de amilopectina presente en los
almidones de papa (Hwang & Kokin, 2013; Cabero, 2016; Alvis, 2008). El poder de hinchamiento
de los almidones es una propiedad de su contenido de amilopectina, siendo la amilosa un diluyente e
inhibidor del hinchamiento (Garnica, 2010). Debido a lo anterior, el almidón de yuca presenta mayor
poder de hinchamiento.
2.4. Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas de un material revelan la relación que existe entre las fuerzas aplicadas y
la respuesta a la misma. Por tanto, es fundamental entender las características del material antes de
ser manipulado a la deformidad excesiva que exponga la integridad física del mismo. De acuerdo con
Acosta, et al., (2006), los bioplásticos procedentes del almidón de yuca presentan propiedades
mecánicas reducidas debido a su semicristalinidad y rápida retrogradación. Del mismo modo Ponce
y Guerrero (2014), enfatizan que, al no exponer el almidón a condiciones de humedad (como estar
disuelto en agua), genera que las propiedades mecánicas disminuyan, provocando grietas y fragilidad
en el material.
El almidón de papa es una de las materias primas más utilizadas en la industria de los bioplásticos,
esto debido a sus características de baja temperatura de gelatinización (Pardo et al., 2013). Las
propiedades mecánicas del almidón tanto de yuca como de papa en cuanto a resistencia y flexibilidad,
dependen de la región cristalina, la cual a su vez depende de la proporción entre amilosa y
amilopectina del polisacárido (Ruiz, 2006).
Para hacer posible la fabricación de un polímero a partir de almidón de la cáscara de papa y yuca, es
necesario aportar diferentes reactivos a la mezcla y garantizar ciertas condiciones que permitan su
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144
obtención. Los bioplásticos requieren componentes que aporten características de humectación,
plasticidad, lubricación, extensión y resistencia, entre otros (Meneses, 2007).
2.5. Procesamiento
Para desarrollar biopolímeros, la materia prima en el caso de almidón de papa ya sea criolla o parda
y yuca amarilla o blanca, deben añadirse diversos tipos de hidroxiácidos aromáticos o alifáticos,
ésteres de celulosa, poliésteres (lactonas), ácidos bicarboxílicos alifáticos (ácido maleico, fumárico,
y otros), poliuretanos, entre otros. Se usan también materiales poliméricos como poliésteres
aromáticos, poliesteramidas (Paredes et al., 2017; Lorcks, 2011). Según Favis (2006), reporta el uso
de polímeros sintéticos como polietilenvinil alcohol, ácido polietileno-coacrílico, acetato de
polivinilo y acetato de etilenvinilo. Entre los más comunes se encuentran el ácido poliláctico y la
policaprolactona para garantizar ciertas condiciones que optimicen el producto final y sus
propiedades mecánicas (Cardona, 2013). La gelatinización cumple una función específica, en pro de
mejorar diversas propiedades como las mecánicas, entre otras. Para la gelatinización del almidón de
cáscara de yuca y papa se encontraron diversos métodos para la obtención de bioplásticos entre los
cuales se destaca el de Navia et al. (2015), donde utilizan la técnica de termo-compresión para la
obtención de los bioplásticos haciendo ensayos con dos tratamientos diferentes a las materias primas
que son harina de yuca gelatinizada (HG) y harina de yuca sin gelatinizar (HSG) ambas mezcladas
con fibra de fique y glicerol. Para la evaluación de las pruebas de tensión y flexión se utiliza un
texturómetro (Shimadzu, EZ Test L, Japón), equipado con una celda de carga de 500 N.
De acuerdo a Enríquez et al. (2012), las formas de procesamiento más comunes de las películas
biodegradables basadas en almidón son moldeo, extrusión y prensado. Para efectuar el moldeo, el
almidón y otros componentes como el plastificante y algunos polímeros se dispersan en una cantidad
de agua de 5 a 15 veces el peso del almidón de papa y la suspensión resultante se calienta con agitación
constante, se moldea como película y se seca de manera adecuada.
El calentamiento se hace con el fin de gelatinizar el almidón, fundir otras sustancias y remover
burbujas que pueden afectar la calidad final de la película. Posteriormente, se efectúa el secado. En
la operación de extrusión, el almidón se mezcla con el agua y el plastificante hasta formar una matriz
que sea procesable, y que pueda ser mezclada con otros polímeros. Se hace el calentamiento de las
diversas zonas del barril y el compuesto es extruido a través de un dado, en forma de ranura, a
temperaturas necesarias entre 60 y 70 ºC para lograr la gelatinización del almidón. En el proceso de
prensado, una mezcla de los componentes, preferiblemente almidón, plastificante y polímeros, se pasa
a través de un molino para caucho, la mezcla resultante se lamina en hojas delgadas o películas. De
modo que la extrusión es la técnica más empleada debido a que permite ejecutar varias operaciones
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tales como mezclado, compresión, calentamiento, moldeo, soplado, entre otras, facilitando así la
gelatinización de almidón (Zárate et al., 2011).
Los procedimientos efectuados por Ortíz et al. (2013), Mata y Vásquez (2014), en donde se realiza
pruebas experimentales preliminares, variando las diferentes concentraciones de almidón (como
materia principal), agua (hidratante y plastificante), glicerol (plastificante) y ácido clorhídrico
(modificador químico). El procedimiento consiste en agitar hasta llegar a una mezcla homogénea que
se mantiene a una temperatura ambiente, luego se eleva a una temperatura máxima de hasta 80°C
para que proceda la gelatinización del almidón con un tiempo de producción entre 10 y 20 minutos.
Alarcón y Arrollo (2016), enfatizan que la experiencia se realizó utilizando almidón sin modificar
(almidón natural sin tratamiento), y almidón modificado químicamente con ácido acético para
reemplazar el grupo hidroxilo de las moléculas del almidón, por algún grupo éster o éter; utilizando
la muestra tratada con ácido acético ya que esta alcanzó la mayor cantidad de amilosa. Teniendo en
cuenta que se deben controlar las condiciones en cada etapa del proceso se diseña un biorreactor, que
de manera automática mantiene las condiciones del proceso de manera óptima. Cuando la mezcla
llega a los 70 ºC empieza la gelatinización la entre un tiempo de 8 a 12 minutos, mejorando las pruebas
mecánicas, los resultados de su estudio muestran que el almidón modificado presenta favorables
propiedades mecánicas por la adición ácido acético al 5%, debido a que mejora la relación de amilosa
y amilopectina 61,76% y 38,28 respectivamente. García (2016)
López (2017), plantea que para la evaluación de propiedades mecánicas en las películas elaboradas
con tres materiales (almidón de yuca, papa y suero de leche), se emplea el manejo de agua destilada
de ingrediente base y glicerol como plastificante (Mukuze, 2019).
La disolución se lleva con un tratamiento térmico hasta la gelificación y luego se moldea en cajas
Petri de vidrio para llevar a secado. La gelificación se dio a temperatura de 60ºC por 20 min y el
secado se realiza a 65ºC en 8 horas en una estufa al vacío. Para la evaluación de las propiedades
mecánicas de películas biodegradables el procedimiento se efectúa de acuerdo a la norma ASTM
D882-10. Por lo que se refiere a las propiedades mecánicas se lleva a efecto la comparación entre la
yuca y papa en la Tabla 3 que corroboran con las pruebas de elongación y tracción luego de efectuar
su elaboración.
Tabla 3. Propiedades mecánicas de películas biodegradables de almidón de yuca y papa
Carla Virginia Vélez Martínez, Xiomara Soledad Zambrano Murillo, María Hipatia Delgado Demera, Gabriel Alfonso Burgos Briones, Carlos
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146
Almidón
Espesor
Película
(mm)
Esfuerzo
Máximo a la
ruptura (N)
Elongación
%
Elasticidad
(Mpa)
Referencias
Papa
0,16
6,07
14,38
2,37
Alarcón et al.,
2016
0,339
3,95
25,75
3,32
López et al., 2017
0,16
8,33
44,76
2,57
Sánchez &
Ramos,2019
0,24
12,36
42,49
5,08
Alarcón &
Arrollo,2014
Yuca
0,119
10,33
41,32
13,39
Souza et al., 2009
0,564
5,85
67,03
8,23
González, et al.,2009
0,321
13,1
71,06
23,43
Montilla et al., 2014
0,340
11,6
78,11
18,76
Ramírez, 2013
Fuente: Elaboración propia.
Las propiedades mecánicas desempeñan un papel fundamental en la elaboración de bioplásticos, en
virtud a lo mencionado de acuerdo a la literatura revisada los autores (López et al., 2017; Sánchez y
Ramos., 2019; Alarcón et al., 2016; Alarcón y Arrollo., 2014); obtienen en sus estudios
experimentales que las propiedades mecánicas fueron inferiores en sus módulos de elasticidad y
esfuerzo máximo a los plásticos convencionales. Para lo cual el esfuerzo máximo a la ruptura se
presenta entre 3,95 y 12,36 Mpa a diferencia de los plásticos tradicionales estudiados por (Franco y
Maspoch, 2017; Acosta, 2001) que varían entre 42,2 a 124,1 Mpa. Sin embargo, los valores de
elongación de los bioplásticos elaborados a partir de papa corresponde a valores de 14,38 a 44,76
Mpa que son comparables con los plásticos tradicionales con valores de 15,5, 27,01 y 50,45 Mpa,
según (Narváez, 2016; Nieto, 2016; Acosta, 2001). Mientras tanto (Souza et al., 2019; Gonzalez et
al., 2009; Montilla et al., 2014; Ramirez & Quintero., 2013); en sus experimentaciones utilizaron
almidón de cáscara de yuca obtienen en sus resultados valores de elasticidad de 13,39 y 18,76 Mpa
mayores al esfuerzo máximo a la ruptura que son 10,33 y 13,1 Mpa los cuales son más bajos que los
valores de la elasticidad de los plásticos convencionales.
En relación con lo que se menciona en ciertas investigaciones han argumentado que al realizar
técnicas de procedimiento que incluyan calor y presión, ocasionan modificaciones en la estructura
del material bioplásticos, que no favorecen su desempeño mecánico. Enmarcando en el tema, se ha
reportado que al trabajar con materiales a los que se le extrae almidón en este caso yuca y papa, las
temperaturas mayores a 70ºC pueden desnaturalizar las proteínas las cuales crean acumulaciones con
ALMIDONES DE CÁSCARA DE YUCA (MANIHOT ESCULENTA) Y PAPA (SOLANUM TUBEROSUM) PARA PRODUCCIÓN DE
BIOPLÁSTICOS: PROPIEDADES MECÁNICAS Y EFECTO GELATINIZANTE
Publicación Cuatrimestral. Vol. 6, No 2, Mayo/Agosto, Ecuador (p. 137-152) 147
el almidón gelatinizado causando concentración de la capacidad de resistencia mecánica en algunos
puntos del material, debilitando las zonas restantes, en consecuencia, disminuyendo la tensión
(Espinel y López, 2009).
Simultáneamente en los sistemas de mezclas con base en el almidón de yuca o papa, uno de los
factores más importantes que afectan las propiedades mecánicas es la afinidad interfacial con la matriz
de polímero, las cuales pueden mejorarse con la gelatinización del almidón (Park, 2015; Cajiao,
2016).
Flores et al. (2007), argumentan que, en productos elaborados con almidón, el proceso de
gelatinización produce efectos tales como: redes más sólidas y estables térmicamente, distribución
homogénea de la amilosa y amilopectina, mayor grado de cristalinidad y disminución en la
permeabilidad al vapor de agua. Adicionalmente, la gelatinización permite la formación de redes con
fuertes uniones intermoleculares, se reduce la tendencia a la retrogradación y se presenta una menor
velocidad de absorción de agua (Tako et al., 2012).
Las diferencias entre los tipos de almidones con respecto a su estructura (tamaño, forma, presencia
de poros, canales y cavidades) son reconocidas; debido a que éstas atienden a su origen botánico e
inciden en sus propiedades funcionales. (Sivolí, 2012; Martínez et al., 2019).
Domínguez & Jiménez (2012), señalan que de la cantidad contenida de amilosa se atribuye en mayor
cantidad al almidón de papa frente al almidón de yuca, esto refleja que un biopolímero fabricado con
este almidón presenta mejor gelatinización y por ende mejores propiedades mecánicas como lo son
elongación, elasticidad y esfuerzo a la ruptura.
Aristizábal & Sánchez (2007) manifiestan que una alta absorción, una baja solubilidad y un alto poder
de hinchamiento, son muestras de una buena calidad de los almidones, por ende, favorecerá en la
gelatinización. Saibene & Seetharaman (2010) señalan que factores como el tamaño del gránulo y
contenido amilosa/amilopectina pueden influenciar el poder de hinchamiento del gránulo de almidón.
El poder de hinchamiento de los gránulos de almidón en las células es a menudo un factor que incide
en la ruptura de éstas, este parámetro permite observar el incremento del tamaño de gránulo por efecto
de la expansión relacionándose con la capacidad de absorción de agua de cada gránulo (Rivas et al,
2009), evidenciándose que, al aumentar gradualmente la temperatura, se produce también el
incremento del poder de hinchamiento (Anderson et al., 2012).
Según De la Torre et al. (2008); Adebowale et al. (2008) y Anderson et al. (2012), un alto contenido
de amilosa produce un bajo poder de hinchamiento, por lo que requieren de mayor temperatura para
que los enlaces de hidrógeno se rompan en las áreas amorfas, provocando un proceso irreversible,
Carla Virginia Vélez Martínez, Xiomara Soledad Zambrano Murillo, María Hipatia Delgado Demera, Gabriel Alfonso Burgos Briones, Carlos
Alfredo Cedeño Palacios
148
contribuyendo así, a la absorción progresiva del agua en los gránulos de almidón. Para esto Acosta
(2012), indica que las propiedades funcionales proporcionan al bioplástico resistencia mecánica y
flexibilidad además se debe tener en cuenta que los almidones ricos en amilosa, poseen una mayor
capacidad de moldeo y gelificación, en caso contrario el almidón se torna espeso, pero no gelifica.
3. CONCLUSIONES
Los almidones obtenidos de la yuca (Manihot esculenta) y la papa (Solanum tuberosum) presentan
similitudes en sus propiedades fisicoquímicas; sin embargo, el almidón de cáscara de papa muestra
una mejor absorción de agua por su alto contenido de amilosa que a la vez favorece la gelatinización,
y sus propiedades funcionales: (índice de solubilidad, índice de absorción y poder de hinchamiento),
mejorando las propiedades mecánicas. Por otra parte, las propiedades mecánicas del almidón de
cáscara de yuca presentan poca resistencia a la ruptura en relación con su módulo de elasticidad, con
respecto al almidón de cáscara de papa y los plásticos tradicionales.
Las cáscaras de ambos tubérculos pueden utilizarse como materia prima para el desarrollo de los
bioplásticos, siendo el almidón de papa (S. tuberosum) el producto que permite obtener mejores
resultados; no obstante, se recomienda una investigación en la que se busquen opciones en cuanto a
los aditivos utilizados para la producción de los biopolímeros, ya que estos aportan mejores
propiedades mecánicas y de gelificación al producto.
4. REFERENCIAS
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Contribución de autores
Autor
Contribución
Carla Virginia
Vélez Martínez
Concepción y diseño, investigación; metodología, redacción y revisión del artículo
Xiomara Soledad
Zambrano
Murillo
Concepción y diseño, investigación; metodología, redacción y revisión del artículo
María Hipatia
Delgado Demera
Investigación; adquisición de datos y análisis e interpretación.
Gabriel Alfonso
Burgos Briones
Investigación; adquisición de datos y análisis e interpretación.
Carlos Alfredo
Cedeño Palacios
Investigación; adquisición de datos y análisis e interpretación.
Citación sugerida: Vélez, C., Zambrano, X., Delgado, M., Burgos, G., Cedeño, C. (2021). Almidones de cáscara de yuca
(manihot esculenta) y papa (solanum tuberosum) para producción de bioplásticos: propiedades mecánicas y efecto
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https://doi.org/10.33936/rev_bas_de_la_ciencia.v%vi%i.3293 Recuperado de:
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