Efecto de la difusión de calcio en las transformaciones fisicoquímicas en biopolímeros derivados del maíz, sometidos a tratamientos térmicos alcalinos (2012)
El objetivo de este trabajo de tesis doctoral fue estudiar la influencia de la concentración de hidróxido de calcio sobre las propiedades fisicoquímicas del maíz trillado sometido al tratamiento termoalcalino. Para el desarrollo de este trabajo se construyó un equipo piloto que permitió tener control sobre las condiciones del proceso y garantizar la reproducibilidad de las muestras. Se estudiaron las propiedades térmicas, estructurales, morfológicas y químicas del almidón del almidón crudo y procesado con agua y calor. Para el tratamiento alcalino del maíz y la producción de harinas, se emplearon concentraciones de hidróxido de calcio entre 0 y 0,30% [(g Ca(OH)2/(g maíz)]. A partir de experimentos de transferencia de masa durante el tratamiento termoalcalino del maíz trillado, se obtuvieron las curvas de contenido de calcio y humedad en las etapas de cocción y reposo. Empleando un modelo de difusión-reacción se hallaron los coeficientes de difusión efectivo tanto para el agua como para el calcio en el grano durante la cocción. Este estudio se complementó con un detallado análisis de los cambios en la morfología del endospermo, usando micrografías SEM y de las transformaciones estructurales en el almidón debido a los tratamientos térmico y térmico alcalino mediante difracción de rayos X. Una parte fundamental de este trabajo fue el estudio in situ del fenómeno de gelatinización mediante calorimetría diferencial de barrido. Se analizó también la cinética de degradación térmica en almidón de maíz trillado tratado con y sin Ca(OH)2, mediante análisis termogravimétrico TGA y modelos isoconversionales, para establecer el papel del calcio sobre la degradación de los biopolímeros del almidón. Un análisis infrarrojo en las harinas permitió hallar el coeficiente de absorción óptico para determinar las posibles modificaciones en los enlaces químicos del almidón debido a la entrada de calcio. También se hizo un análisis de los cambios en la viscosidad aparente en las harinas por medio de los perfiles de análisis rápidos de viscosidad (RVA), relacionándolo con el proceso de gelatinización. El análisis químico proximal del maíz trillado y las harinas determinó que estos productos son bajos en grasa, minerales y fibra, mientras que la proteína sufre cambios menores en relación con el grano entero durante el tratamiento termoalcalino. El tratamiento termoalcalino incrementó el contenido de calcio en el maíz trillado desde 60 mg/kg (endógeno) hasta 870 mg/kg en el maíz tratado con Ca(OH)2. El efecto de la difusión de calcio en el almidón de maíz se vio reflejado en la gelatinización, donde la adición de mayor cantidad de calcio produce un desplazamiento de las temperaturas características de la transición hacia mayores valores. También se concluyó que el calcio difundido tiene un efecto retardante sobre la degradación térmica del almidón. Se destaca como un resultado muy importante la determinación por primera vez del coeficiente de difusión efectivo y la constante de velocidad de reacción en la incorporación del calcio en el maíz trillado indicando que para una concentración de hidróxido de calcio de ~ 0.20% se presenta la mayor reactividad del sistema, siendo mayor la reactivad del agua que del calcio. / Abstract. The aim of this doctoral thesis was to study the influence of calcium hydroxide concentration in the physicochemical properties of threshed corn which was undergoing thermo-alkaline treatment. The developed pilot equipment allowed control over the process conditions to ensure reproducibility of the samples for the comparative study. We studied the thermal properties, structural, morphological and chemical properties of starch and raw starch processed with water and heat. Calcium hydroxide concentrations were used between 0 and 0.30% [(g Ca(OH)2)/(g corn)] for the thermo-alkaline treatment of threshed corn and flour production. From mass transfer experiments during thermalalkaline treatment of threshed corn, the incorporated content of calcium and water were determined and the curves of calcium and moisture were obtained in the cooking and steeping stages. Using a diffusion-reaction model was found effective diffusion coefficients for both the water for calcium in the grain during cooking. This study was complemented by a detailed analysis of changes in the morphology of the endosperm, using SEM micrographs and structural changes using X-ray diffraction in starch due to themoalkaline treatment. The in situ study of the gelatinization phenomenon by standard and modulated differential scanning calorimetric was a key of this work. The kinetics of thermal degradation in starch corn samples of threshed kernels which were treated, with and without calcium hydroxide, was also analyzed. This was done using thermogravimetric TGA data and isoconvesional models to establish the role of calcium on the degradation of starch polymers. Infrared analysis on the flours allowed to find the optical absorption coefficient to determine possible changes in the chemical bonds of starch due to the of calcium diffusion. An analysis of changes in the apparent viscosity in flours was done by using rapid visco-analyser (RVA), the testing were related to the gelatinization process. The proximal chemical analysis of threshed corn and the flours determined that these products are low in fat, minerals and fiber, while the protein undergoes minor changes in relation to the whole grain, during thermo-alkaline treatment. The results show that treatment termoalcalino increased the calcium content of the threshed corn from 60 mg/kg (endogenous) to 870 mg/kg in treated corn. The effect of diffusion of calcium in the corn starch was reflected in the gelatinization, where the addition of greater amounts of calcium produces a displacement of the characteristic temperatures of transition to major values. It was also concluded that calcium diffusion has a retarding effect on the thermal degradation of starch. The determination for the first time of the effective diffusion coefficient of calcium in corn threshed is a very important result of this work. It was also found that the diffusion of calcium and water occur simultaneously and that for a calcium hydroxide concentration of ~0.20% the system had the highest reactivity, water reactivity was higher than calcium reactivity